DE102008014996A1

DE102008014996A1 - Electronic ballast, lighting device and method of operation of same

Info

Publication number: DE102008014996A1
Application number: DE200810014996
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Wiebe; Otto Meyer
Original assignee: HUECO ELECTRONIC GmbH
Current assignee: BAG Engineering GmbH
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-09-24
Also published as: EP2104403A1; EP2104403B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben zumindest einer insbesondere als Hochdruckentladungslampe ausgebildeten Lampe (LP), mit einem zumindest ein Schaltelement (S1, S2) aufweisenden Wandler, welcher mittels alternierender Schaltbetriebe des zumindest einen Schaltelements (S1, S2) zur Erzeugung einer in ihrer Polarität an der Lampe (LP) wechselnden Spannung und zur Bereitstellung einer Dauerbetriebsleistung ausgebildet ist, und welcher wenigstens je ein induktives Element (L1) und ein kapazitives Element (C1, C2, C3) umfasst, mit denen eine gegenüber der im Dauerbetrieb anliegenden Spannung größere Übernahmespannung zumindest nach dem Zünden der Lampe (LP) durch eine Zündvorrichtung (G1) bereitstellbar ist, wobei das Vorschaltgerät dergestalt ausgelegt ist, dass bei einem Wechsel der Polarität durch einen gleich bleibenden Schaltzustand des Schaltelements (S1, S2) eine Überführung der in dem kapazitiven Element (C1, C2, C3) gespeicherten Energie in das induktive Element (L1) bewirkt und durch diese Energie unter Vermeidung einer Resonanz über dem kapazitiven Element (C1, C2, C3) eine Spannungsüberhöhung über zur Bereitstellung einer Übernahmespannung an der Lampe erzeugt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Beleuchtungsgerät und Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgeräts und des Beleuchtungsgeräts.The invention relates to an electronic ballast for operating at least one in particular designed as a high pressure discharge lamp (LP), with a at least one switching element (S1, S2) having converter which by means of alternating switching operations of the at least one switching element (S1, S2) for generating a in their Polarity at the lamp (LP) alternating voltage and for providing a continuous operating performance is formed, and which comprises at least one respective inductive element (L1) and a capacitive element (C1, C2, C3), with which a voltage greater than that applied in continuous operation Transfer voltage at least after the ignition of the lamp (LP) by an ignition device (G1) is provided, wherein the ballast is designed such that when changing the polarity by a constant switching state of the switching element (S1, S2), a transfer of the capacitive Element (C1, C2, C3) stored energy gie in the inductive element (L1) causes and by this energy while avoiding resonance over the capacitive element (C1, C2, C3) an overshoot over to provide a transfer voltage to the lamp is generated. Furthermore, the invention relates to a corresponding lighting device and method for operating an electronic ballast and the lighting device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben zumindest einer insbesondere als Hochdruckentladungslampe ausgebildeten Lampe, mit einem zumindest ein Schaltelement aufweisenden Wandler, welcher mittels alternierender Schaltbetriebe des zumindest einen Schaltelements zur Erzeugung einer in ihrer Polarität an der Lampe wechselnden Spannung und zur Bereitstellung einer Dauerbetriebsleistung ausgebildet ist, und welcher wenigstens je eine Induktivität und eine Kapazität umfasst, mit denen eine gegenüber der im Dauerbetrieb anliegenden Spannung größere Übernahmespannung zumindest nach dem Zünden der Lampe durch ein Zündgerät bereitstellbar ist. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Beleuchtungsgerät mit einem entsprechenden Vorschaltgerät sowie sowohl ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgeräts zur Bereitstellung einer Übernahmespannung als auch ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden Beleuchtungsgeräts.The The present invention relates to an electronic ballast for operating at least one in particular designed as a high-pressure discharge lamp Lamp, with a converter having at least one switching element, which by means of alternating switching operations of at least one Switching element for generating a in their polarity the lamp changing voltage and to provide a continuous operation is formed, and which at least one inductance and each includes a capacity with which one faces the voltage applied in continuous operation greater takeover voltage at least after the ignition of the lamp by an ignitor is available. The invention also relates to a lighting device with a corresponding ballast and both a Method of operating an electronic ballast for providing a takeover voltage as well Method for operating a corresponding lighting device.

Insbesondere Hochdruckentladungslampen werden mit elektronischen Vorschaltge räten betrieben, die einen Wandler mit zumindest einem Schaltelement aufweisen. Im Dauerbetrieb während der Lampenbrennphase liegt an der Lampe eine niederfrequent ihre Polarität wechselnde Spannung von beispielsweise 80 V–150 V an. Ein induktives Element begrenzt hierbei den Lampenstrom und ein kapazitives Element dient beispielsweise dem Filtern von Rippelstrom. Zur Zündung der Lampe wird eine Zündspannung im Bereich von mehreren KV benötigt. Nach dem Zündvorgang wird für den Übergang aus einer Glimmentladungsphase in die Brennphase eine gegenüber dem Dauerbetrieb erhöhte Spannung, die so genannte Übernahmespannung, benötigt.Especially High pressure discharge lamps are devices with electronic Vorschaltge operated, which have a converter with at least one switching element. In continuous operation during the lamp burning phase is at the Lamp a low-frequency voltage changing its polarity from, for example, 80V-150V. An inductive element limits the lamp current and a capacitive element is used for example, the filtering of ripple current. To ignition the lamp will have an ignition voltage in the range of several KV needed. After the ignition process is for the transition from a glow discharge phase into the burning phase compared to continuous operation increased voltage, the so-called takeover voltage, needed.

Die Bereitstellung einer solchen Spannung ist mit erhöhtem Aufwand verbunden. Bekannt beispielsweise aus der WO 96/38024 ist die Verwendung eines Resonanzschwingkreises, der nach dem Zünden der Lampe durch ein Verschieben der Resonanz anregenden Frequenz eine ausreichend große Spannung für die Übernahmespannung erzeugt. Eine Resonanzanregung geht jedoch immer mit hohen Bauteilbelastungen einher, was die Kosten für einen solchen Wandler und das elektronische Vorschaltgerät in die Höhe treibt. Darüber hinaus können die anregenden oder angeregten Frequenzen in den Bereich der (akustischen) Resonanz der Lampe kommen, was die Lampe beschädigen kann.The provision of such a voltage is associated with increased effort. Known for example from the WO 96/38024 is the use of a resonant circuit, which generates a sufficiently high voltage for the transfer voltage after the ignition of the lamp by shifting the resonance exciting frequency. Resonance excitation, however, is always associated with high component loads, which adds to the cost of such a converter and the electronic ballast. In addition, the exciting or excited frequencies can come within the range of the (acoustic) resonance of the lamp, which can damage the lamp.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Vorschaltgerät und ein elektronisches Beleuchtungsgerät zu schaffen, welche eine ausreichend große Übernahmespannung auf andere als im Stand der Technik bekannte Weise erzeugen kann. Ebenfalls ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, entsprechende Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgeräts und eines Beleuchtungsgeräts zu schaffen.It is therefore an object of the present invention, an electronic Ballast and an electronic lighting device to create a sufficiently large takeover voltage in a manner known in the art. It is likewise an object of the present invention to provide corresponding methods for operating an electronic ballast and a lighting device to accomplish.

Die Aufgabe wird gelöst durch Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 12 sowie durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den auf diese Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen und ergeben sich ebenfalls aus der nachfolgenden Beschreibung.The Problem is solved by devices according to a of claims 1 or 12 and by a method according to one of claims 13 or 20. Advantageous embodiments can be found in the back to these claims Subclaims and also result from the following Description.

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät ist dergestalt ausgelegt, dass bei einem Wechsel der Polarität durch einen gleich bleibenden Schaltzustand des Schaltelements und unter Vermeidung einer Resonanz eine Überführung der in der Kapazität bzw. dem kapazitiven Element gespeicherten Energie in die Induktivität bzw. das induktive Element bewirkt und durch diese Energie unter Vermeidung einer Resonanz über dem kapazitiven Element eine Spannungsüberhöhung zur Bereitstellung einer Übernahmespannung an der Lampe erzeugt wird.The Ballast according to the invention is such designed that when changing the polarity by a constant switching state of the switching element and avoidance a resonance a transfer of in the capacity or the capacitive element stored energy in the inductance or the inductive element causes and by this energy under Avoidance of resonance over the capacitive element a voltage overshoot to provide a takeover voltage is generated at the lamp.

Der gleich bleibende Schaltzustand des Schaltelements führt dazu, dass die in dem induktiven Element bzw. dessen elektromagnetischem Feld gespeicherte Energie mittels einer Überschwingung wieder zu der Kapazität geleitet wird, wodurch über diese eine Spannungsüberhöhung entsteht. In Kombination mit der ohnehin über den Polen der Lampe anliegenden Spannung liegt somit eine gegenüber dem Dauerbetrieb überhöhte Spannung – die Übernahmespannung – an der Lampe an. Der Lampenpol liegt hierfür vorzugsweise mittig zwischen Induktivität und Kapazität. Während als induktives Element vorzugsweise zumindest eine Lampendrossel ver wendet wird, kann die Kapazität durch eine Ein- oder Mehrzahl von Kondensatoren, insbesondere durch die ohnehin in der Schaltung vorhandenen Filterkondensatoren ausgebildet werden.Of the the same switching state of the switching element leads to that in the inductive element or its electromagnetic Field stored energy by means of an overshoot again is directed to the capacity, which over this a voltage increase occurs. In combination with the voltage already applied across the poles of the lamp is thus one over the continuous operation excessive Voltage - the takeover voltage - on the lamp on. The lamp pole is preferably for this purpose centered between inductance and capacitance. While as inductive element preferably at least one lamp choke ver is used, the capacity can by a single or a plurality of capacitors, especially by the anyway in the circuit existing filter capacitors are formed.

Die Vermeidung von Resonanzen und Resonanzanregungen – insbesondere durch eine unten beschriebene nachfolgende Änderung des Schaltzustands des Schaltelements – führt zu einer deutlich niedrigeren Bauteilbelastung als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorschaltgeräten. Die mit der erzwungenen Anregung von Resonanzen einhergehenden Wärme- und Energieverluste fallen weg. Gleichzeitig verbleibt das zumindest eine vorzugsweise als Schalttransistor ausgebildete Schaltelement während der Übernahmespannungserzeugung in einem Schaltzustand, ist also geöffnet oder geschlossen, und schaltet nicht, was wiederum vorteilhaft für das Schaltelement ist.The Avoidance of resonances and resonance excitations - in particular by a subsequent change of the below-described Switching state of the switching element - leads to a Significantly lower component load than in the state of the art the technology known ballasts. The ones with the forced Excitation of resonances associated heat and energy losses fall away. At the same time, the at least one remains preferably as a switching transistor formed switching element during the transfer voltage generation in a switching state, is so open or closed, and does not switch, which in turn is advantageous for the switching element.

Die Bauteile, die für den Dauerbetrieb der Lampe ohnehin benötigt werden, werden gleichzeitig für die Bereitstellung der Übernahmespannung verwendet. Es kann daher auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden.The components, which are needed anyway for the continuous operation of the lamp, become simultaneously used for providing the take-over voltage. It can therefore be dispensed with additional components.

Die Schaltbetriebe oder Schaltphasen, über die die Lampenspannung alternierender Polarität erzeugt wird, werden bei der Erfindung während eines Spannungswechsels zur Erzeugung der Übernahmespannung nur geringfügig variiert oder sogar identisch geschaltet, weswegen die Schaltung gut dimensioniert und abgestimmt werden kann. Die Schaltfrequenzen liegen dicht beieinander. Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät umfasst für die Ansteuerung des wenigstens einen Schaltelement übli cherweise zumindest eine einen IC oder dergleichen umfassende Steuerschaltung.The Switching operations or switching phases, over which the lamp voltage of alternating polarity are generated in the invention during a voltage change to generate the transfer voltage only slightly varied or even identical, why the circuit can be well sized and tuned. The switching frequencies are close together. The invention Ballast comprises for controlling the at least one switching element übli cherweise at least a control circuit including an IC or the like.

Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Teil der aus dem vorhergehenden Schaltbetrieb in dem kapazitiven Element gespeicherten Energie zur Erzeugung der Übernahmespannung während des anschließenden Schaltbetriebs vorgesehen. Die aus einem vorhergehenden Schaltbetrieb noch in der Schaltung vorhandene Energie wird zumindest teilweise direkt verwendet, wodurch bei der Erzeugung der Übernahmespannung nur wenig Energieverluste anfallen.advantageously, is at least part of the previous switching operation energy stored in the capacitive element for generating the transfer voltage during the subsequent switching operation provided. The from a previous switching operation still in the circuit existing energy is at least partially used directly, which incurred in generating the transfer voltage only little energy loss.

In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts ist der Wandler für den gleich bleibenden Schaltzustand des Schaltelements mit der Bedingung versehen, dass der Strom durch die Induktivität kleiner als ein vorgegebener Sollwert I0 ist. Durch eine solche Vorgabe können die Belastungen der Bauteile weiter reduziert werden.In a further embodiment of the invention Ballast is the converter for the same permanent switching state of the switching element provided with the condition that the current through the inductance is smaller than a given one Setpoint I0 is. By such a specification, the burdens can the components are further reduced.

Bevorzugt ist das elektronische Vorschaltgerät dergestalt ausgebildet, dass die während eines ersten Schaltbetriebs an der Lampe entstandene Spannung einer gewünschten Polarität durch mehrfaches Schalten des Schaltelements während eines zweiten Schaltbetriebs solange reduziert wird, bis eine der gewünschten Spannungsüberhöhung entsprechende, reduzierte Spannung erreicht wird. Zur Erzeugung der Übernahmespannung durch einen Überschwinger bleibt das Schaltelement dann solange durchgeschaltet, bis der Strom nach dem Überschwinger durch die Induktivität minimal wird.Prefers is the electronic ballast designed in such a way that during a first switching operation on the lamp resulting voltage of a desired polarity by multiple switching of the switching element during a second Switching operation is reduced until one of the desired Voltage overshoot corresponding, reduced Tension is achieved. To generate the transfer voltage by an overshoot the switching element then remains as long as switched on until the current after the overshoot is minimal by the inductance.

Hierbei wird im Schaltbetrieb zur Änderung der Polarität ein Lampenpol immer solange mit einem Versorgungsast eines gewünschten Potentials leitend geschaltet, bis der Strom durch das induktive Element einen Maximalwert erreicht; die Spannung sinkt hierbei in Richtung des gewünschten Potentialwerts. Sobald der Strom einen Sollwert I0 erreicht, schaltet das Schaltelement ab und der Strom sinkt weiter. Gleichzeitig wird die Spannung weiter reduziert. Wenn der Strom durch die Spule wieder in etwa Null beträgt, schaltet das Schaltelement anschließend wieder durch. Die anliegende Spannung am Pol wird für den Wechsel der Polarität somit vorzugsweise schrittweise reduziert, was ebenfalls die Bauteile schont.in this connection is in switching mode to change the polarity a lamp pole always as long as with a supply branch of a desired Potentials turned on until the current through the inductive element reaches a maximum value; the tension drops in this direction the desired potential value. As soon as the current one Setpoint I0 is reached, switches off the switching element and the current sinks further. At the same time the tension is further reduced. If the current through the coil is back to about zero, then switches the switching element through again. The applied voltage at the pole is used for the change of polarity thus preferably gradually reduced, which also protects the components.

Vorteilhafterweise ist der Wandler des elektronischen Vorschaltgeräts dergestalt ausgebildet, das für die den spannungsüberhöhten Anteil Uüber der Spannung die Bedingung Uüber < I0·(L/C)^(1/2) gilt. (L/C)^(1/2) ist ein charakteristischer Wert für die Kombination von Induktivität und Kapazität und definiert über die Sollwertvorgabe eine Grenzwertbedingung für die Übernahmespannung. Er kann auch als charakterischer Widerstand oder Kennwiderstand bezeichnet werden und ermöglicht eine einfach zu handhabende Bedingung für Uüber. Der Sollwert kann hierbei zwecks Anpassung an Temperatur oder andere Schaltungsbedingungen mit der Zeit oder anderen Parametern variabel sein.advantageously, is the converter of the electronic ballast such trained, that for the over-inflated Proportion U across the voltage is the condition U over <I0 * (L / C) ^ (1/2). (L / C) ^ (1/2) is a characteristic value for the combination of inductance and capacitance and defines over the setpoint specification is a limit condition for the transfer voltage. It can also be called a characteristic resistance or characteristic resistance and enables an easy-to-use condition for Uber. The setpoint can be adjusted for this purpose at temperature or other circuit conditions with time or be variable with other parameters.

Weiterhin ist das elektronische Vorschaltgerät vorteilhafterweise mit einem Wandler mit zwei Schaltelementen versehen, die besonders bevorzugt in einer Halbbrückentopologie verschaltet sind. Das erste Schaltelement ist hierbei maßgeblich für den ersten und das zweite Schaltelement für den zweiten Schaltbetrieb vorgesehen. Mit tels einer Halbbrücke ist der Betrieb einer Hochdruckentladungslampe mit vergleichsweise wenigen Bauteilen möglich. Gleichzeitig ist die Schaltung durch die Verwendung zweier Schalttransistoren ausreichend flexibel, um auch bei vergleichsweise einfachem Aufbau nicht nur die Dauerbetriebsleistung liefern, sondern ebenfalls kontrolliert eine Übernahmespannung erzeugen zu können.Farther is the electronic ballast advantageously provided with a transducer with two switching elements, which are particularly preferably are interconnected in a half-bridge topology. The first switching element is decisive for the first and the second switching element for the second switching operation intended. By means of a half bridge is the operation of a High-pressure discharge lamp with comparatively few components possible. At the same time, the circuit is through the use of two switching transistors sufficiently flexible, even with a comparatively simple design not only deliver the continuous operation, but also controlled to generate a takeover voltage.

Vorzugsweise umfasst das elektronische Vorschaltgerät hierbei eine in das Vorschaltgerät integrierte Zündvorrichtung, die während der Bereitstellung der Übernahmespannung zünden kann. Der Zündvorgang ist kurz im Vergleich zur Bereitstellung der Übernahmespannung während und durch den Überschwinger. In einer besonders kompakten Ausbildung der Erfindung wird zumindest ein Teil der Kapazität durch eine Kapazität der Zündvorrichtung ausgebildet.Preferably In this case, the electronic ballast comprises an in the ballast integrated igniter, while providing the takeover voltage can ignite. The ignition process is short in comparison to provide the transfer voltage during and by the overshoot. In a particularly compact Embodiment of the invention will be at least part of the capacity formed by a capacity of the ignition device.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung eines elektronischen Vorschaltgeräts weist dieses einen Wandler mit zumindest einer Primärspule auf, die mit einer Diode in Serie zu der Induktivität geschaltet ist, um den Lampenstrom in einer der Strommesseinrichtung zuzuordnenden Sekundärschaltung form-, phasen- und/oder amplitudengenau zu erfassen. Eine genaue Strommessvorrichtung ist für die Schaltung insbesondere für die Zeitpunkte, zu denen die jeweiligen Schaltelemente zu schalten sind, vorteilhaft.In a further embodiment of the invention an electronic ballast has this one Transducer with at least one primary coil, which with a Diode is connected in series with the inductor to the Lamp current in one of the current measuring device attributable secondary circuit shape, phase and / or amplitude accurately to capture. An exact Current measuring device is for the circuit in particular for the times at which the respective switching elements to switch, advantageous.

Besonders bevorzugt sind die Primärspulen über jeweils eine den Primärspulen zugeordnete Diode entkoppelt seriell zur Induktivität geschaltet, so dass unabhängig von der Richtung des Stroms über die Induktivität eine exakte Messung ermöglicht wird.Particularly preferably, the primary coils are each connected to a Dio associated with the primary coils de decoupled connected in series with the inductance, so that regardless of the direction of the current via the inductance an accurate measurement is possible.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Beleuchtungsgerät, welches eine vorzugsweise als Hochdruckentladungslampe ausgebildete Lampe und ein elektronisches Vorschaltgerät wie vorbeschrieben aufweist. Entsprechend gelten die vorbeschriebenen Vorteile auch für das Beleuchtungsgerät.The Task is also solved by a lighting device, which is a preferably designed as a high-pressure discharge lamp Lamp and electronic ballast as described above having. Accordingly, the advantages described above also apply for the lighting device.

Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgeräts zum Betreiben zumindest einer insbesondere als Hochdruckentladungslampe ausgebildeten Lampe, mit einem zumindest ein Schaltelement aufweisenden Wandler, welcher mittels alternierender Schaltbetriebe des zumindest einen Schaltelements zur Erzeugung einer in ihrer Polarität an der Lampe wechselnden Spannung und zur Bereitstellung einer Dauerbetriebsleistung ausgebildet ist, und welcher wenigstens je eine Induktivität und eine Kapazität umfasst, mit denen eine gegenüber der im Dauerbetrieb anliegenden Spannung größere Übernahmespannung Uüber zumindest nach dem Zünden der Lampe durch ein Zündgerät bereitstellbar ist. Das Vorschaltgerät ist insbesondere wie vorbeschrieben ausgebildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Wechsel der Polarität durch einen gleich bleibenden Schaltzustand des Schaltelements eine Überführung der in der Kapazität gespeicherten Energie in die Induktivität bewirkt und durch diese Energie unter Vermeidung einer Resonanz über dem kapazitiven Element eine Spannungsüberhöhung zur Bereitstellung einer Übernahmespannung an der Lampe erzeugt wird.The The object is further solved by a method for Operation of an electronic ballast for operation at least one designed in particular as a high-pressure discharge lamp Lamp, with a converter having at least one switching element, which by means of alternating switching operations of at least one Switching element for generating a in their polarity the lamp changing voltage and to provide a continuous operation is formed, and which at least one inductance and a capacity with which one faces the voltage applied in continuous operation greater takeover voltage Uber at least after the ignition of the lamp through an ignition device is available. The ballast is designed in particular as described above. According to the invention provided that when changing the polarity through a constant switching state of the switching element an overpass the energy stored in the capacitance into the inductance causes and through this energy while avoiding a resonance over the capacitive element, a voltage increase for providing a transfer voltage to the lamp is produced.

Die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Varianten des elektronischen Vorschaltgeräts beschriebenen Verfahrensschritte stellen ebenfalls Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und etwaiger Weiterbildungen hiervon dar.The in connection with the variants according to the invention the electronic ballast described method steps also represent features of the invention Method and any developments thereof.

Insbesondere gilt für den spannungsüberhöhten Teil Uüber der Übernahmespannung die Bedingung Uüber < I0·(L/C)^(1/2), wobei I0 der vorgegebene Sollwert des durch das induktive Element fließenden Stroms und L und C die Werte der Induktivität bzw. der (Gesamt-)Kapazität sind.Especially applies to the tensioned part U above the transfer voltage, the condition U over <I0 * (L / C) ^ (1/2), where I0 is the predetermined set point of the current flowing through the inductive element Current and L and C are the values of the inductance or the (Total) capacity are.

Vorzugsweise ist der Wandler mit zwei Schaltelementen versehen, wobei das erste Schaltelement während einer ersten und das zweite Schaltelement während einer zweiten Schaltphase zur Bereitstellung der Dauerbetriebsleistung betrieben wird, wobei die aus der ersten Schaltbetriebsphase anliegende Spannung durch einen Schaltbetrieb des zweiten Schaltelements solange reduziert werden kann, bis dieses Schaltelement zur Erzeugung der Übernahmespannung durchgeschaltet bleibt. Der noch über dem oder den vorzugsweise als Kondensatoren ausgebildeten kapazitiven Elementen anliegende Spannung entspricht dem überhöhten Anteil der Übernahmespannung.Preferably the converter is provided with two switching elements, wherein the first Switching element during a first and the second switching element during a second switching phase to provide the Continuous operating power is operated, the from the first Schaltbetriebsphase voltage applied by a switching operation of the second switching element as long as can be reduced until this switching element for generating the transfer voltage remains switched through. The still over the one or more preferably designed as capacitors capacitive Elements voltage applied corresponds to the excessive Share of the transfer voltage.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das zweite Schaltelement nach der Bereitstellung der Übernahmespannung dann wieder geöffnet wird, wenn der Strom über die Induktivität nach dem Überschwinger wieder in etwa Null beträgt. Hierdurch wird ein etwaiges Einschwingen des Systems wirkungsvoll verhindert.The inventive method is still characterized characterized in that the second switching element after deployment the takeover voltage is then reopened, when the current through the inductor after the overshoot back to about zero. This will be a possible Swinging the system effectively prevented.

Das vorbeschriebene Verfahren dient ebenfalls dem Betrieb eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsgeräts.The The method described above also serves the operation of an inventive Lighting device.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen. In den schematischen Abbildungen der Figuren zeigt:Further Advantages and details of the invention are the following description of the figures remove. In the schematic figures of the figures shows:

1 Eine vereinfachte Schaltskizze eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts, 1 A simplified circuit diagram of a ballast according to the invention,

2 einen Verlauf des Stroms I1 durch die Drossel und der Spannung U1 bei einer Schaltung gemäß 1, 2 a course of the current I1 through the inductor and the voltage U1 in a circuit according to 1 .

3 die Abhängigkeit der spannungsüberhöhten Anteils der Übernahmespannung vom Strom bei einer Schaltung gemäß 1. 3 the dependence of the over-voltage of the transfer voltage on the current in a circuit according to 1 ,

Die nachfolgend beschriebenen technischen Merkmale bzw. Verfahrensschritte können sowohl in Kombination als auch in Alleinstellung mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dem erfindungsgemäßen Gegenstand oder Verfahren zum Vorteil gereichen.The hereinafter described technical features or method steps can be used both in combination and in isolation with one or more of the embodiments described above the subject or method of the invention to the advantage.

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät gemäß 1 zeigt eine Lampe LP, die in eine Halbbrückenschaltung integriert ist. Während der in der Fig. rechte Pol der Lampe LP über die beiden Kondensatoren C4 und C5 ein Potential in der Mitte der beiden Versorgungsäste aufweist, wird der in der Fig. linke Pol der Lampe LP über zwei Schalttransistoren S1 und S2, beispielsweise MOSFETs, über das als Drossel ausgebildete induktive Element L1 zwischen den Potentialen der beiden Versorgungsäste hin- und hergeschaltet. Als Versorgungsspannung dient eine Gleichspannung U0 zwischen den beiden Versorgungsästen von z. B. 400 V. U0 wird vorzugsweise durch Gleichrichtung von Netzspannung und Leistungsfaktorkorrektur erzeugt.The ballast according to the invention 1 shows a lamp LP, which is integrated in a half-bridge circuit. While the right pole of the lamp LP in the figure has a potential in the middle of the two supply branches via the two capacitors C4 and C5, the left pole of the lamp LP in FIG. 2 is connected via two switching transistors S1 and S2, for example MOSFETs designed as a throttle inductive element L1 between the potentials of the two supply branches back and forth. As a supply voltage is a DC voltage U0 between the two supply branches of z. B. 400 V. U0 is preferably generated by rectification of mains voltage and power factor correction.

Zwischen den Polen der Lampe LP liegt eine in ihrer Polarität niederfrequent wechselnde Gleichspannung ULP = U1 – U2 in der Größenordnung von beispielsweise 75 V–200 V an, wobei U2 = (U0)/2 = U0/2.Between the poles of the lamp LP there is a DC voltage ULP = U1 - U2 which varies in low frequency with respect to its polarity in the order of For example, 75V-200V, where U2 = (U0) / 2 = U0 / 2.

Die Zwischenkreisspannung wird über einen Tiefsetzsteller aus einem Schalttransistor (S1), einer mittels einer Drossel gebildeten Induktivität L2 und einer Kapazität auf die benötigte Lampenbrennspannung reduziert. Die Kapazität der Schaltung wird durch drei Filterkondensatoren C1, C2 und C3 mit einer Gesamtkapazität C1–3 gebildet, könnte jedoch in anderen Schaltungen auch durch eine andere (Ein- oder Mehr-)Zahl von Kondensatoren gebildet werden.The DC link voltage is via a buck converter off a switching transistor (S1), one formed by means of a choke Inductance L2 and a capacity to the required Lamp voltage reduced. The capacity of the circuit is provided by three filter capacitors C1, C2 and C3 with a total capacity C1-3 could, however, in other circuits also formed by another (one or more) number of capacitors become.

Der Zünder G1 erzeugt in an sich bekannter Weise eine Zündspannung, wobei gleichzeitig der Kondensator C3 für eine Entstörung der Schaltung während der Zündung sorgt. Ohne die Bereitstellung einer Übernahmespannung durch eine Spannungsüberhöhung an dem Abnahmepunkt für U1 würde die Lampe nach der Zündung nicht in eine Brennphase übertreten. Der in der Figur linke Pol der Lampe LP liegt (unter Vernachlässigung des Zünders) zwischen der Drossel L1 und der Gesamtkapazität.Of the Igniter G1 generates a starting voltage in a manner known per se, at the same time the capacitor C3 for a suppression the circuit ensures during ignition. Without the provision of a transfer voltage by a voltage overshoot at the pickup point for U1, the lamp would go off the ignition does not enter a burning phase. The left pole in the figure of the lamp LP is (neglected of the igniter) between the inductor L1 and the total capacity.

Für die Erzeugung der Spannungsüberhöhung Uüber, die zusammen mit der weiteren an der Lampe anliegenden Spannung die Übernahmespannung bildet, werden S1 und S2 wie nachfolgend beschrieben geschaltet. Die Spannung U1 und der Strom I1 über die Drossel verlaufen hierbei wie in 2 dargestellt.For generating the voltage overshoot U over, which forms the transfer voltage together with the other voltage applied to the lamp, S1 and S2 are switched as described below. The voltage U1 and the current I1 via the throttle in this case run as in 2 shown.

Ausgehend von einer anfänglichen Betriebsphase, in der durch S1 das an dem Abnahmepunkt für U1 anliegende Potential dem des oberen Versorgungsastes entspricht, wird in der anschließenden Schaltphase bzw. dem anschließenden Schaltbetrieb die Spannung U1 durch Schalten von S2 schrittweise reduziert. S1 bleibt währenddessen geöffnet. S2 wird hierbei solange durchgeschaltet, bis der Strom I1 über die Drossel den vorgegebenen Maximalwert I0 erreicht. Nach dem Öffnen von S2 fließt der Strom über die S1 zugeordnete Freilaufdiode weiter, wodurch U1 weiter reduziert wird. Klingt der Strom bis auf Null ab, wird S2 wieder geschlossen und die Spannung U1 reduziert sich weiter. Erreicht der Strom über die Drossel jedoch nicht mehr den Grenzwert I0, bleibt S2 durchgeschaltet und die in der Kapazität gespeicherte Energie wird bis auf geringe Verluste in die Drossel bzw. deren elektromagnetisches Feld überführt. Hierdurch entsteht mit dem einhergehenden Überschwinger an dem Abnahmepunkt von U1 eine Spannungsüberhöhung Uüber, die betragsweise in etwa der Spannung U1n entspricht. An dem Abnahmepunkt von U1 liegt negatives Potential an, welches sich mit dem nach wie vor positiven Potential der noch nicht gezündeten Lampe zu einer ausreichend hohen Übernahmespan nung addiert. Die Übernahmespannung Uüberspg lässt sich durch Uüberspg = U0/2 + Uüber beschreiben.outgoing from an initial phase of operation in which S1 at the acceptance point for U1 potential applied to the upper supply branch corresponds, is in the subsequent switching phase or the subsequent switching operation, the voltage U1 Switching S2 gradually reduced. S1 stays in the meantime open. S2 is thereby switched through until, until the current I1 via the throttle the predetermined maximum value Reached I0. After opening S2 the flows Current via the S1 associated freewheeling diode on, which U1 is further reduced. If the current decreases to zero, it will S2 closed again and the voltage U1 continues to reduce. However, the current through the throttle no longer reaches the Limit I0, S2 remains on and in capacity stored energy is reduced to small losses in the throttle or their electromagnetic field transferred. This results in the associated overshoot at the pickup point of U1 a voltage increase Uüber, which corresponds in amount to approximately the voltage U1n. At the acceptance point of U1 is negative potential, which with the still positive potential of not yet ignited Lamp added to a sufficiently high transfer voltage clamping. The transfer voltage Uüberspg leaves to be described by Uüberspg = U0 / 2 + Uover.

Wird nun die Übernahmespannung beispielsweise aufgrund des Stromverlaufes I1 und/oder des Zeitverlaufs detektiert, wird im Bereich maximaler Übernahmespannung gezündet und der Lampe steht eine ausreichende Übernahmespannung zur Verfügung.Becomes now the takeover voltage, for example due to the current flow I1 and / or the time course is detected, is in the range of maximum take-over voltage ignited and the lamp is a sufficient transfer voltage to disposal.

Zum Ende des Überschwingers nach beispielsweise gut 90 Mikrosekunden (2) nähert sich der Strom wieder dem Nullwert, wodurch der Transistor wieder geöffnet wird und ein Einschwingen des Systems, insbesondere Resonanzschwingungen vermieden werden.At the end of the overshoot after, say, a good 90 microseconds ( 2 ), the current approaches zero again, whereby the transistor is opened again and a settling of the system, in particular resonance vibrations are avoided.

Der anfängliche Schaltbetrieb und der nachfolgende Schaltbetrieb kann auch in der Reihenfolge S2–S1 erfolgen, so dass eine positive Spannungsüberhöhung erzeugt wird. Weiterhin können diese beiden Schaltbetriebe auch in den ersten bzw. zweiten Schaltbetrieb der Lampe LP zur niederfrequent in ihrer Polarität wechselnden Gleichspannungsversorgung eingebunden sein, so dass jedes Mal bei einem Wechsel von einem ersten in einen zweiten Schaltbetrieb eine Übernahmespannung bereitgestellt werden kann. Die Lampe LP kann somit auch nach einem missglückten Startversuch schnell wieder mit einer Übernahmespannung versorgt werden.Of the initial switching operation and the subsequent switching operation can also be done in the order S2-S1, so that a positive voltage overshoot is generated. Farther These two switch operations can also be used in the first or second switching operation of the lamp LP to the low-frequency in its polarity alternating DC power supply be integrated, so that each time when changing from a first to a second switching operation a takeover voltage can be provided. The Lamp LP can thus also after a failed start attempt quickly be supplied with a takeover voltage again.

Der in der 3 gezeigte Verlauf der Spannungsüberhöhung gegenüber dem Strom zeigt, die Abhängigkeit der Spannungsüberhöhung von I0 bei konstantem L und der Gesamtkapazität C1–3. Die zugrunde liegende Funktionsgleichung entspricht der Grenzwertbedingung Uüber(max) = I0·(L/C1–3)^(1/2). Insbesondere L und C1–3 können hierbei an die gewünschte Lampe angepasst werden. Die maximale Übernahmespannung bzw. der Maximalwert der Spannungsüberhöhung liegt nur in definierten Bereichen an. Bei vorgegebenen Werten von U0 = 420 V, L = 1 mH, C1–3 = 50 nF und I0 = 1A ergibt sich ein Maximalwert von Uüber(max) von 141 V. Unter Berücksichtigung von Toleranzen von U0, L und C1–3 wird der Wert des spannungsüberhöhten Anteils vorzugsweise auf einen Wert zwischen dem 0,45–0,95fachen, besonders bevorzugt zwischen dem 0,75–0,85fachen und noch weiter bevorzugt auf ungefähr das 0,8fache des Maximalwerts gesetzt, so dass sich für den spannungsüberhöhten Anteil Uüber ≈ 0,8·Uüber(max) gilt. Mit den vorstehenden Werten würde sich dann die Übernahmespannung zur 210 V + 113 V = 323 V ergeben. Die minimale Übernahmespannung liegt bei den gewählten Werten für die Lampe bei 280 V, so dass sich aus der vorstehenden Gleichung und der 3 Sollwerte für den Strom ergeben.The Indian 3 shows the course of the voltage overshoot relative to the current shows the dependence of the voltage overshoot of I0 at a constant L and the total capacity C1-3. The underlying equation of function corresponds to the limit condition U over (max) = I0 * (L / C1-3) ^ (1/2). In particular, L and C1-3 can be adapted to the desired lamp. The maximum transfer voltage or the maximum value of the voltage overshoot lies only in defined areas. For given values of U0 = 420 V, L = 1 mH, C1-3 = 50 nF and I0 = 1A, a maximum value of U over (max) of 141 V results. Taking into account tolerances of U0, L and C1-3 Preferably, the value of the stress-exaggerated portion is set to a value between 0.45-0.95 times, more preferably between 0.75-0.85 times, and even more preferably about 0.8 times the maximum value, so that the voltage is over-inflated Proportion Uover ≈ 0.8 · Uover (max). With the above values, the take-over voltage would then become 210 V + 113 V = 323 V. The minimum transfer voltage is at the selected values for the lamp at 280 V, so that from the above equation and the 3 Set values for the current.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 96/38024 [0003]

Claims

Electronic ballast for operating at least one designed in particular as a high-pressure discharge lamp (LP) with a at least one switching element (S1, S2) having converter which by means of alternating switching operations of the at least one switching element (S1, S2) for generating a polarity in the lamp (LP) alternating voltage and for providing a continuous operation power is formed, and which comprises at least one respective inductive element (L1) and a capacitive element (C1, C2, C3), with which a voltage applied to the voltage applied in continuous operation, at least after the Ignition of the lamp (LP) by an ignition device (G1) is provided, characterized in that the ballast is designed such that when changing the polarity by a constant switching state of the switching element (S1, S2), a transfer of the in the capacitive element (C1, C2, C3) stored energy causes in the inductive element (L1) and by this energy while avoiding a resonance across the capacitive element (C1, C2, C3), a voltage increase U over to provide a transfer voltage to the lamp is generated.

Electronic ballast according to claim 1, characterized in that at least a part of a first Switch mode for providing a continuous operation in the energy stored in the capacitive element (C1, C2, C3) the takeover voltage in the subsequent switching operation is provided.

Electronic ballast according to claim 1 or 2, characterized in that the transducer for the constant switching state of the switching element (S1, S2) the Condition that the current (I1) through the inductive element is less than a predetermined setpoint 10.

Electronic ballast according to claim 3, characterized in that the converter is designed in such a way is that for the overblown Share Uover the takeover voltage the condition U over <I0 · (L / C) ^ (1/2) where L is the inductance of the inductive element (L1) and C the capacitance of the capacitive element (C1, C2, C3).

Electronic ballast after one the previous claims, characterized in that this to a reduction during an initial one Switching operation at the lamp (LP) resulting voltage of a (first) Polarity by switching the switching element (S1, S2) during the subsequent switching operation is formed, wherein the Tension is reduced until one of the desired Voltage overshoot Uover corresponding, reduced voltage is achieved and the switching element for generating the transfer voltage remains switched through.

Electronic ballast after one previous claims, wherein the converter comprises two switching elements (S1, S2), characterized in that the first switching element (S1) for the first and / or initial and the second switching element (S2) for the second and / or subsequent switching operation is provided.

Electronic ballast according to claim 6, characterized in that the two switching elements (S1, S2) Part of a half-bridge circuit for operating the lamp.

Electronic ballast after one the previous claims, characterized by a in the Ballast integrated additional ignition device (G1).

Electronic ballast according to claim 8, characterized in that the ignition device (G1) at least a part of the capacitance of the capacitive element (C1, C2, C3).

Electronic ballast according to one of the previous claims, characterized in that the Transducer has at least one primary coil, which with a Diode in series with the inductive element (L1) is connected to the lamp current in a current meter to be assigned secondary circuit shape, phase and / or amplitude accurately to capture.

Electronic ballast according to claim 10, characterized in that the primary coils via in each case a diode associated with the primary coils is decoupled connected serially to the inductive element (L1).

Lighting device with a preferably as High pressure discharge lamp formed lamp (LP), marked by an electronic ballast according to one of previous claims.

Method for operating an electronic ballast for at least one lamp (LP) designed in particular as a high-pressure discharge lamp, comprising a converter having at least one switching element (S1, S2) which uses alternating switching operations of the at least one switching element (S1, S2) to produce a polarity is formed at the lamp (LP) alternating voltage and for providing a continuous operating performance, and which comprises at least one respective inductive element (L1) and a capacitive element (C), with which one in relation to the in continuous operation applied voltage at least after the ignition of the lamp (LP) by an ignition device (G) is provided, wherein the ballast is designed in particular according to one of claims 1 to 11, characterized in that when changing the polarity by a constant switching state the switching element (S1, S2) causes a transfer of the stored energy in the capacitive element in the inductive element (L1) and by this energy while avoiding a resonance over the capacitive element (C1, C2, C3) an overshoot to provide a transfer voltage is generated at the lamp (LP).

Method according to claim 13, characterized in that that the switching element (S1, S2) in the same switching state is turned on.

Method according to claim 13 or 14, characterized that for the high voltage portion Uover the transfer voltage, the condition U over <I0 * (L / C) ^ (1/2) is satisfied, where I0 a predetermined limit of by the inductive element is flowing current.

Method according to one of claims 13 to 15, wherein the converter has two switching elements (S1, S2), thereby characterized in that for the provision of continuous operation the first switching element (S1, S2) in a first and the second Switching element (S2, S1) operated in a second switching operation becomes.

Method according to claim 16, characterized in that that from an initial switching operation of the first Switching element (S1, S2) voltage applied by a subsequent switching operation of the second switching element (S2, S1) is reduced until the second switching element (S2, S1) is turned on to generate the transfer voltage remains.

Method according to claim 17, characterized in that that the two switching elements (S1, S2) as part of a half-bridge circuit operate.

Method according to one of claims 16 to 18, characterized in that the second switching element (S2, S1) after Generation of the transfer voltage then reopened when the current through the inductive element (L1) in is about zero.

Method for operating a lighting device according to claim 13, characterized in that the electronic Ballast of the lighting device after a Method according to one of the claims 13 until 18 is operated.