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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb
wenigstens einer Lampe, vorzugsweise einer Gasentladungslampe, mit
einem zwischen einem ersten und einem zweiten Schalter angeordneten
Mittenabgriff, an den in Serie eine Drossel und ein erster Kondensator
gekoppelt sind, vorzugweise mit einem weiteren an einem Bezugspotential
liegenden Kondensator, wobei der erste Kondensator vorzugsweise
direkt mit einem Anschluss für
die Lampe verbunden ist, sowie mit einem einen Messeingang aufweisenden
IC, der zur Steuerung des Vorschaltgeräts vorgesehen ist, wobei der Messeingang
zwischen einem mit dem Bezugspotential verbundenen Shunt und einem
Schalter eingekoppelt ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein
Beleuchtungsgerät
mit einem entsprechenden elektronischen Vorschaltgerät sowie
ein Verfahren zum Betrieb dieser, bei dem ein einen Messeingang
aufweisender IC einen Mittenabgriff eines vorzugsweise eine Brückenschaltung,
insbesondere eine Halbbrückenschaltung
aufweisenden Vorschaltgeräts
mittels eines ersten und eines zweiten Schalters schaltet, um ein
alternierendes Potential an eine Drossel und einen ersten Kondensator
anzulegen und über
diese einen Pol einer Lampe zu versorgen, wobei über den Messeingang des ICs
ein Spannungsabfall an einem Shunt gemessen wird, insbesondere um
eine Totzeit zur Einschaltung eines der Schalter zu erkennen und/oder
eine Abschaltschwelle auszulösen.
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Gattungsgemäße Vorschaltgeräte sind
mit ICs bestückt,
die laut Herstellerangaben oftmals Funktionen wie eine automatische
Totzeiterkennung oder eine Sättigungsregelung
für die
Lampendrossel mit sich bringen. Ebenfalls ist oftmals eine zusätzliche
Abschaltschwelle für
Fehlerfälle
bei stromvorgeheizten EVGs implementiert. Der notwendige Messeingang
ist hierbei dazu ausgelegt, den Strom über einen, vorzugsweise den
zweiten Schalter bzw. einen Spannungsabfall über den gegen Bezugspotential gekoppelten
Shunt zu messen. Ein Problem kann dann entstehen, wenn die Höhe der Zündspannung über den
Halbbrückenshunt
eingestellt oder programmiert wird. Sofern hohe Zündspannungen
benötigt
werden, z. B. für
in Serie geschaltete Leuchtmittel, ist der Shunt aufgrund des hohen
Stroms während
der Zündphase
im Resonanzkreis entsprechend niedrig zu dimensionieren. Je geringer
der Widerstand ist, desto höher
ist die eingestellte Zündspannung.
Unterschreitet der Widerstand jedoch einen gewissen Wert, funktioniert
die Totzeiterkennung über
den Messeingang nicht mehr, weil die Auslöseschwelle für das Einschalten
des (z. B. MOSFET-)Transistors bzw. Schalters nicht mehr erreicht wird.
Werden hingegen hochohmigere Shunts verwendet, erfolgt in der Zündphase
ein zu schnelles Abschalten aufgrund des Erreichens der Abschaltpegelschwelle.
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Darüber hinaus
kommt bei dimmbaren Geräten
als zusätzliche
Schwierigkeit hinzu, dass in gewissen Dimmbereichen der im Shunt
gefühlte
Strom so niedrig ist, dass der minimale Wert für die implentierte Abschaltschwelle
für stromvorgeheizte
Geräte nicht
mehr erreicht wird. Genauso wie im ersten Problemfall, bei dem es
zu Stromspitzen kommen kann, wird auch im letzteren Fall eine Schutzabschaltung aktiviert.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den beschriebenen Stand
der Technik hinsichtlich seiner Nachteile zu verbessern. Entsprechendes
gilt für
ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Ausgehend
von einem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe durch einen
Gegenstand gelöst,
der gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs weitergebildet ist. Erfindungsgemäße Aus-
und Weiterbildungen sind abhängigen
Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das am Shunt abfallende Signal mittels einer Schaltung, insbesondere
einer Begrenzungsschaltung in seiner Amplitude variiert wird. Als
Variation dient insbesondere und im Nachfolgenden eine Begrenzung des
maximalen Amplitudenwerts, der am Messeingang zu sehen ist. Bei
anderen Ausbildungen oder ergänzend
kann es sich auch um eine zumindest teilweise Streckung oder andere Änderung
der Amplitude handeln. Der Messeingang sieht somit nicht direkt das
am Shunt der vorzugsweise als Halbbrücke ausgebildeten Schaltung
abfallende Signal, sondern ein mit einer beispielsweise verringerten
Maximalamplitude versehenes Signal. Die Begrenzungsschaltung, die
vorteilhafterweise auf die Schaltung abgestimmt und/oder anpassbar
ausgestaltet sein kann, dient somit der Überarbeitung des am Shunt abfallenden
Signals/des Signalpegels, bzw. der am Shunt abfallenden Spannung
dergestalt, dass am Messeingang die notwendigen und für die einzelnen
Funktionen des IC vorgesehenen Schwellenwerte erreicht werden. Diese
Schwellenwerte können
abhängig
vom verwendeten IC vorgegeben oder vorgebbar, d. h. einstellbar sein.
Das am Shunt abfallende Signal kann hierbei in linearer oder nichtlinearer
Weise geändert
werden. Die Begrenzungsschaltung ist zwischen Messeingang und Shunt
in die Schaltung eingekoppelt, und insbesondere ausgehend vom Messeingang
auf die zwischen Shunt und einem der Schalter vor handene Leitung,
vorzugsweise zwischen Shunt und dem das Bezugspotential auf den
Mittenabgriff schaltenden Schalter geschaltet bzw. gekoppelt.
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Vorteilhafterweise
ist die Begrenzungsschaltung mit einer mit dem Bezugpotential verbunden
Diode od. dgl. Sperrwirkung aufweisenden Beschaltung versehen, die
in den Leitungsweg zwischen Shunt und Messeingang eingekoppelt ist.
Die Diode stellt eine höchst
einfache und kostengünstige
Möglichkeit
dar, eine Begrenzungsschaltung auszubilden. Hierbei dient die Flussspannung
der Diode bereits einem Spannungsabfall, so dass der Messeingang
im Vergleich zu dem am Shunt anliegenden Signal ein niedrigeres
Signal ”sieht”.
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Im
Vergleich zu herkömmlichen
Anwendungen kann somit ein relativ hochohmiger Shunt verwendet werden,
bei dem in der Zündphase
ein Signal anliegt, dessen Pegel deutlich über der Zündspannungregelschwelle des
ICs liegt, was von dem Messeingang jedoch nicht gesehen wird. Am
Messeingang liegt das Signal im Bereich der Regelschwelle. Eine
Zündung
ist somit trotz eines hochohmigeren Shunts möglich, da die Regelung später greift. Gleichzeitig
wird über
die gewählte
Polarität
der Diode gewährleistet,
dass die negativen Signalanteile am Shunt zum Messeingang weitergeleitet
werden. Die Diode sperrt die negativen Signalanteile gegen Bezugspotential.
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Des
Weiteren kann der Shunt ausreichend groß dimensioniert werden, um
auch bei dimmbaren Geräten,
bei denen nur noch ein geringer Strom fließt, ein ausreichendes Messsignal
am Messeingang zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Begrenzungsschaltung schafft
somit einen Ausgleich zwischen den für eine Zündspannung eigentlich benötigten niederohmigen
(Halbbrücken-)Shunts
und einem ausreichend groß dimensionierten
Shunt zur Totzeiterkennung.
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Anstelle
einer eine definierte Flussspannung aufweisenden Diode kann auch
eine andere einseitig durchlässige
Sperrvorrichtung als Bauelement aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten
Teil der Begrenzungsschaltung sein. Wesentlich ist hierbei, dass
aufgrund der Sperrung der Signalanteile entweder in Richtung Plus
oder in Richtung Minus das über dem
Shunt an- bzw. abfallende Signal zu Totzeiterkennung tatsächlich die
Einschaltschwelle erreicht.
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Die
Aufgabe wird entsprechend dem Vorgeschriebenen ebenfalls durch ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 8 gelöst,
welches sich dadurch auszeichnet, dass das am Messeingang anliegende
Signal in seiner Amplitude mittels einer Begrenzungsschaltung variiert
und insbesondere begrenzt wird. Es können relativ hochohmige Shunts
verwendet werden, da die am Messeingang anliegenden positiven Signalanteile
nicht dem am Shunt anliegenden Signal entsprechen und die Zündspannungsregelschwelle
dementsprechend später erreicht
wird. Gleichzeitig kann über
die Begrenzungsschaltung erreicht werden, das das Signal in eine
Richtung gesperrt wird, um im Falle einer Totzeiterkennung ein ausreichendes
Signal zur Verfügung zu
stellen. Hierbei ist davon auszugehen, dass der während der
Zündphase
am Shunt abfallende relevante Signalanteil eine andere Polarität aufweist
als der Signalanteil zum Erkennen einer Totzeit. Die negativen Signalanteile
liegen voll am Messeingang an, während
die positiven in ihrer am Messeingang anliegenden Amplitude begrenzt
werden. Ein solches Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgeräts lässt sich
besonders für
ein Vorschaltgerät
gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 6 bzw. für
ein Beleuchtungsgerät
nach Anspruch 7 verwenden.
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Die
vor- und nachbeschriebenen Vorteile des elektronischen Vorschaltgeräts lassen
sich auch auf ein mit einem solchen betriebenes Beleuchtungsgerät übertragen,
so dass auch dieses die eingangs gestellte Aufgabe löst.
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Vorteilhafterweise
werden die am Shunt abfallenden Signalanteile als negative Signalanteile mittels
einer Diode od. dgl. Sperrwirkung aufweisende Vorrichtung gegenüber Bezugspotential
gesperrt. Neben der einseitigen Durchlasswirkung der Diode erfolgt über diese
auch ein Spannungsabfall für
positive Signalanteile, der durch die an der Diode abfallende Flussspannung
gegenüber
Bezugspotential bewirkt wird.
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Ein
vorbeschriebenes elektronisches Vorschaltgerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sind
dann besonders vorteilhaft weitergebildet, wenn das am Shunt anliegende
Signal über
einen Spannungsteiler der Begrenzungsschaltung des elektronischen
Vorschaltgerätes
dem Messeingang zugeführt wird.
Dies verbessert die Einstellmöglichkeiten
des elektronischen Vorschaltgeräts
bzw. die Anpassung des Verfahrens an bereits bekannte elektronische Vorschaltgeräte und spezielle
Schaltungen zum Betrieb von insbesondere mit hohen Zündspannungen zu
betreibenden Lampen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die
Begrenzungsschaltung einen in dem Leitungszweig der Diode angeordneten
Zusatzwiderstand auf. Dieser kann Teil des Spannungsteilers sein
oder auch ohne einen solchen als Teil der Begrenzungsschaltung zur
Reduzierung des an dem Messeingang des ICs anliegenden Signals ausgebildet
sein. Der im Leitungszweig zwischen dem Leitungsweg (zwischen Shunt
und Messeingang) und Bezugspotential angeordnete Widerstand ist
vorzugsweise einer in demselben Leitungszweig angeordneten Diode
vorgekoppelt. Er kann dieser jedoch auch nachgekoppelt sein.
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Vorzugsweise
umfasst die Begrenzungsschaltung weiterhin einen im Leitungsweg
zwischen Shunt und Messeingang angeordneten Widerstand, der bevorzugt
einen Widerstandswert aufweist, welcher größer als der des Shunts ist.
Beispielsweise kann der Widerstand mit dem einer Diode zugeordneten
Zusatzwiderstand einen Spannungsteiler ausbilden. Vorzugsweise ist
der im Leitungsweg zwischen Shunt und Messeingang angeordnete Widerstand
um einen Faktor von mindestens 50 größer als der Widerstand des
Shunts, besonders bevorzugt um einen Faktor im Bereich von 100.
Bei einer solchen Dimensionierung der im Leitungsweg zwischen Shunt
und Messeingang angeordneten Widerstände lassen sich eine Vielzahl
von herkömmlichen
IC wie beispielsweise das ICB2FL01G (Infinion) nicht nur für statische
Vorschaltgeräte
sondern auch für
dimmbare Vorschaltgeräte
verwenden.
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Weiterhin
gereicht es der Erfindung zum Vorteil, wenn eine Kapazität parallel
zur Diode oder zu einer die Diode umfassende Serienschaltung geschaltet
ist, um als Filter gegen hochfrequente Störungen zu wirken. Die Kapazität ist zwischen
Messeingang und Bezugspotential angeordnet.
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Statt
des vorbeschriebenen, auf ohmschen Widerständen basierenden Spannungsteilers
kann dieser alternativ oder ergänzend
auch als kapazitiver Spannungsteiler ausgebildet und entsprechend
Teil der Begrenzungsschaltung sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn bestimmte DC-Anteile des Signals gefiltert werden sollen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden
Figurenbeschreibung entnehmen. In schematischer Darstellung zeigt:
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1 eine
Schaltungsanordnung eines Beleuchtungsgeräts nach dem Stand der Technik,
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2 einen
erfindungsgemäß weitergebildeten
Gegenstand gemäß 1 in
ausschnittsweiser Darstellung,
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3 einen
Vergleich zwischen dem am Shunt des Gegenstands nach 1 anfallenden
Signal mit dem des am Messeingang anliegenden Signal,
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4 einen
erfindungsgemäßen Gegenstand
in einer weiteren Ausbildung.
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Gleich
oder ähnlich
wirkende Teile sind – sofern
dienlich – mit
identischen Bezugsziffern versehen. Einzelne technische Merkmale
der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch mit
den Merkmalen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele zu erfindungsgemäßen Weiterbildungen
führen.
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Ein
aus dem Stand der Technik bekanntes elektronisches Vorschaltgerät umfasst
einen als Steuerungseinheit zu verwendenden IC 1, der in
bekannter Weise einen ersten Schalter S1 und einen zweiten Schalter
S2 in Halbbrückenanordnung
ansteuert (1). Die Schalter S1 und S2 sind
zwischen Bezugs-, also vorzugsweise Massepotential und der Zwischenkreisspannung
UZ angeordnet. Zwischen den beiden Schaltern S1 und S2 ist ein Halbbrückenmittelpunkt
M ausgebildet. Von diesem führt
ein Leitungsweg über
eine Induktivität
L1 und ein Koppelkondensator C1 zu einem Pol einer Lampe La. Ein
weiterer Pol der Lampe La ist mit dem Bezugspotential verbunden.
Ein weiterer Kondensator C2 ist als Resonanzkreiskondensator mit
der Induktivität
L1 und dem Koppelkondensator C1 sowie andererseits mit Bezugs potential
verbunden. Neben den Steueranschlüssen 2 (für Schalter
S2) und 3 (für Schalter
S1) weist der IC 1 noch einen Messeingang CS auf, über den
der Stromfluss durch den Schalter S2 bzw. die am Shunt R1 abfallende
Spannung aufgenommen und ausgewertet wird. Je nach Ausführung des
IC kann über
diese Auswertung eine Zündspannungsregelung
und/oder eine Totzeiterkennung realisiert werden, welche jedoch
die vorbeschriebenen Nachteile des Standes der Technik ausweisen.
In der Ausbildung des ICs als ICB2FL01G von Infinion sind beispielsweise
Funktionen wie automatische Totzeiterkennung und eine Abschaltschwelle
für Fehlerfälle bei
stromvorgeheizten EVGs implementiert. Wichtig für das korrekte Funktionieren
dieser Funktionen ist, dass die Auslöseschwelle Utot für die Totzeiterkennung
am Messeingang CS sicher unterschritten wird, sobald die Halbbrückenspannung
am Punkt M auf Massepotential abgefallen ist. Sofern jedoch der
Messshunt R1 zum Erreichen hoher Zündspannungen relativ niedrig
dimensioniert ist, kann nicht mehr ausreichend sicher gewährleistet
werden, dass die dort abfallende Spannung tatsächlich an die Auslöseschwelle
Utot für
die Totzeitregelung heranreicht.
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Bei
Ausschalten des Schalters S1 fällt
die am Brückenpunkt
M anliegende Spannung auf Null- oder Bezugspotential ab, wobei ein
Reststrom über
den Snubber-Kondensator
C3 fließt.
Sofern die Spannung am Punkt M auf Null-Potential abgefallen ist, fließt aufgrund
der in der Spule L1 gespeicherten Energie über die Freilaufdiode des Schalters
S2 ein Strom, der mit einem Spannungsabfall an R1 verbunden ist.
Dieser kann über
den Messeingang CS detektiert werden. Erst bei Erreichen der Auslöseschwelle
für die
Totzeiterkennung wird S2 geschaltet. Die Totzeit wird gespeichert
und wird anschließend auch
für den
Ausschaltvorgang des S2 bzw. den Einschaltvorgang des S1 verwendet.
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Unterschreitet
der Widerstand R1 jedoch einen gewissen Wert, funktioniert wie Vorbeschrieben die
Totzeiterkennung nicht, was zu Stromspitzen führen kann. In diesem Fall kann
der Halbbrückentreiber-IC
gegebenenfalls einen Fehlerfall erkennen und die Schutzabschaltung
aktivieren. Darüber
hinaus ist bei stromvorgeheizten elektronischen Vorschaltgeräten der
im Halbbrückenshunt
gefühlte
Strom bei Reduzierung der Lampenleistung auf beispielsweise 50%
so niedrig, dass die Abschaltschwelle für stromvorgeheizte Geräte nicht
mehr erreicht wird. Auch in diesem Falle würde die Schutzabschaltung aktiviert werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gemäß 2 umfasst
die als Begrenzer wirkende Zusatz- bzw. Begrenzungsschaltung einen
im Leitungsweg zwischen R1 und CS angeordneten Zusatzwiderstand
R3, sowie einen auf den Leitungsweg zwischen R3 und CS eingekoppelten
Leitungszweig mit einem weiteren Widerstand R5 und einer Diode D1.
Das an dem Meßpunkt
P während
der Zündphase
anliegende Signal entspricht der strichpunktierten Linie Uzü (3)
und liegt mithin über
der ebenfalls der 3 entnehmbaren Spannungsregelschwelle UR. Aufgrund der als Begrenzer wirkenden Zusatzbeschaltung
des Leitungswegs zum Messeingang liegt an diesem allerdings nur
das Signal entsprechend der in der Figur gestrichelten Linie UCS an. Im Betriebsfall (Run Mode) entspricht
der Verlauf der Spannung am Messeingang der durchgezogenen Linie UCSB. Aus 3 ist auch
ersichtlich, dass die Auslöseschwelle
Utot aufgrund des ausreichend groß dimensionierten
R1 in einem Maße ΔV von beispielsweise
0,2 Volt ausreichend unterschritten wird, so dass der Schalter S2
korrekt geschlossen wird. Ein sicheres Schalten des Schalters ist
gewährleistet.
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Sofern
der Shuntwiderstand R1 ausreichend groß ist, beispielsweise 2 Ohm,
um die Totzeiterkennung zu gewährleisten,
würde gegebenenfalls
die benötigte
Zündspannung
nicht mehr erreicht werden können,
da die Zündspannungsregelschwelle
zu schnell überschritten
werden würde.
In einem solchen Fall bewirkt die Zusatzschaltung von R3, R5 und
D1, dass die am Halbbrückenshunt
R1 abfallende Spannung heruntergeteilt wird und dem Halbbrückentreiber-IC
eine geringere Zündspannung
vorgespiegelt wird. Hierdurch stellt sich die Zündspannung entsprechend höher ein
und ein Betrieb der Vorrichtung ist weiterhin gewährleistet.
R3 und R5 sind bevorzugterweise wesentlich größer zu wählen als R1 und liegen besonders
bevorzugt in einem Verhältnis zwischen
R3/R5 ≈ 10
zueinander. Je nach systembedingten und bauteilbedingten Vorgaben
kann dieser Wert vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 und 100
liegen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Begrenzungsschaltung neben dem Widerstand R3 und R5 einen weiteren
Widerstand R4 zur Ausbildung eines Spannungsteilers mit R3 auf sowie
einen Kondensator C4, der die Filterung von HF-Anteilen bewirkt.
Der Halbbrückenshunt
kann zur Verringerung der einzelnen Verlustleistungen auch durch
einen weiteren Widerstand R2 ergänzt
werden, wobei R1 und R2 dann entsprechend dimensioniert werden können (4).