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Die
Erfindung betrifft eine Detektorschaltung, ein elektronisches Vorschaltgerät
und ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Leuchtstofflampe.
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Eine
mögliche Ausfallursache von Leuchtstofflampen ist eine
verminderte Emissionsfähigkeit der Elektroden (sog. ”End-of-Life”-Effekt).
Dieser Effekt tritt am Ende der Lebensdauer einer Leuchtstofflampe
an einer der beiden Elektroden auf. Dies führt dazu, dass
der Entladungsstrom durch die Lampe in eine Richtung leichter fließt
als in die entgegengesetzte Richtung. Die Leuchtstofflampe funktioniert
in diesem Fall als Gleichrichter. Dabei erwärmt sich die
emissionsunfähige Elektrode so stark, dass hohe Temperaturen
an der Lampenoberfläche auftreten können. Im Extremfall
kann bei Leuchtstofflampen geringen Durchmessers der Glaskolben schmelzen.
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Ein
elektronische Vorschaltgerät (EVG) zur Ansteuerung der
Leuchtstofflampe muss diesen einen solchen Fehlerfall rechtzeitig
erkennen und entweder Ausgangsstrom und Ausgangsspannung jeweils
auf einen unkritischen Wert begrenzen oder die Leuchtstofflampe
abschalten.
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Das
EVG muss über den eigentlichen Lampenbetrieb hinaus diverse
Steuer- und Überwachungsaufgaben erfüllen. Für
derartige Steuer- und Überwachungsaufgaben sind – insbesondere
je nach Beschaltung des EVGs – eigene Schaltungsteile erforderlich.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile
zu vermeiden und insbesondere einen Ansatz für ein effizientes
und flexibles elektronisches Vorschaltgerät bzw. eine vielseitig
nutzbare Detektorschaltung zur Ansteuerung einer Lampe zu schaffen,
die beispielsweise je nach Beschaltung Steuer- und/oder Überwachungsaufgaben
wahrnimmt.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird eine Detektorschaltung zur Ansteuerung
einer Leuchtstofflampe angegeben, bei der eine inaktive Leuchtstofflampe
detektierbar ist, falls nach einer Anlaufphase ein erstes Signal an
einem ersten Eingang und/oder ein zweites Signal an einem zweiten
Eingang in einem Erkennungsintervall liegt/liegen.
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Die
Leuchtstofflampe ist insbesondere dann inaktiv, wenn sie noch nicht
gezündet wurde oder erloschen ist.
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Dieser
Ansatz für eine Detektorschaltung ermöglicht einen
flexiblen Einsatz z. B. in elektronischen Vorschaltgeräten
unterschiedlicher Beschaltung und/oder mit einer unterschiedlichen
Anzahl an Leuchtstofflampen.
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Beispielhaft
entspricht das Erkennungsintervall einem Spannungsintervall in einem
Bereich von ca. 2 V bis ca. 3 V.
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Es
ist es eine Weiterbildung, dass während der Anlaufphase
feststellbar ist, ob eine Leuchtstofflampe oder zwei Leuchtstofflampen
verbunden sind, indem die Detektorschaltung die Spannungen an den
Eingängen miteinander vergleicht.
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Hierbei
sei angemerkt, dass die Anlaufphase eine Zeitdauer zur Wendelüberwachung
und/oder eine Zeitdauer zum Vorheizen der mindestens einen Leuchtstofflampe
umfasst. Während dieser Anlaufphase können vorbereitende
Messungen und Überwachungen durchgeführt werden,
ehe es zur Zündung der mindestens einen Leuchtstofflampe
kommt.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, dass die Detektorschaltung derart eingerichtet
ist, dass feststellbar ist,
- – dass
zwei Leuchtstofflampen angeschlossen sind, falls die während
der Anlaufphase verglichenen beiden Spannung an den Eingängen
in etwa gleich groß sind,
- – wobei ansonsten nur eine Leuchtstofflampe angeschlossen
ist.
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Somit
kann die Detektorschaltung automatisch erkennen, ob sie in dem einen
oder in dem anderen Fall eingesetzt ist.
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Insbesondere
für den Fall, dass sich die Spannungen an den Eingängen
in etwa um einen Faktor zwei unterscheiden, kann auf den Einsatz
nur einer Leuchtstofflampe rückgeschlossen werden. Dementsprechend können
beide Vergleiche (Spannungen an den Eingängen in etwa gleich
groß bzw. Spannungen an den Eingängen deutlich
(ca. Faktor 2) unterschiedlich) oder nur eine der beiden Messungen
verwendet werden, um festzustellen, ob eine Leuchtstofflampe angeschlossen
ist oder ob zwei Leuchtstofflampen angeschlossen sind.
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Eine
nächste Weiterbildung besteht darin, dass
- – abhängig von dem ersten Signal an dem ersten
Eingang und abhängig von dem zweiten Signal an dem zweiten
Eingang eine Ansteuerung nach der Anlaufphase für den Fall
einer angeschlossenen Leuchtstofflampe nach mindestens einem der
folgenden Kriterien durchführbar ist:
- – Falls das erste Signal oder das zweite Signal jeweils
in einem ersten Spannungsintervall liegt, wird eine Ausgangsspannung
verringert oder eine Frequenz der Ansteuerung erhöht;
- – falls das erste Signal oder das zweite Signal jeweils
in einem zweiten Spannungsintervall liegt und das jeweils andere
Signal in einem zweiten oder dritten Spannungsintervall liegt, erfolgt
eine Ansteuerung der Leuchtstofflampe mit einer Zündspannung;
- – falls das erste Signal und das zweite Signal in dem
dritten Spannungsintervall liegen, wird die Leuchtstofflampe angesteuert,
insbesondere wird eine Ausgangsspannung an der Leuchtstofflampe überwacht;
- – falls das erste Signal oder das zweite Signal jeweils
in einem vierten Spannungsintervall liegen, wird die Ausgangsspannung
verringert oder die Frequenz der Ansteuerung erhöht.
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Es
sei angemerkt, dass die vorstehend genannte Kriterien einzeln oder
in Kombination miteinander Verwendung finden können.
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Eine
Ausgestaltung ist es, dass
- – abhängig
von dem ersten Signal an dem ersten Eingang und abhängig
von dem zweiten Signal an dem zweiten Eingang eine Ansteuerung nach
der Anlaufphase für den Fall zweier angeschlossener Leuchtstofflampen
nach mindestens einem der folgenden Kriterien durchführbar
ist:
- – Falls das erste Signal oder das zweite Signal jeweils
in einem ersten Spannungsintervall liegt, wird eine Ausgangsspannung
verringert oder eine Frequenz der Ansteuerung erhöht;
- – falls das erste Signal und das zweite Signal in einem
zweiten Spannungsintervall liegt, erfolgt eine Ansteuerung der Leuchtstofflampe
mit einer Zündspannung;
- – falls exklusiv das erste Signal oder exklusiv das
zweite Signal in dem zweiten Spannungsintervall liegt und das jeweils
andere Signal in einem dritten Spannungsintervall liegt, erfolgt
eine Ansteuerung der Leuchtstofflampe mit einer reduzierten Zündspannung;
- – falls das erste Signal und das zweite Signal in dem
dritten Spannungsintervall liegen, wird die Leuchtstofflampe angesteuert,
insbesondere wird eine Ausgangsspannung an der Leuchtstofflampe überwacht;
- – falls das erste Signal oder das zweite Signal jeweils
in einem vierten Spannungsintervall liegen, wird die Ausgangsspannung
verringert oder die Frequenz der Ansteuerung erhöht.
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Hierbei
sei angemerkt, dass die Formulierung ”exklusiv das erste
Signal oder exklusiv das zweite Signal” einer EXOR-Verknüpfung
aus dem ersten und dem zweiten Signal entspricht.
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Die
oben erwähnte Verringerung der Ausgangsspannung kann auch
die Möglichkeit umfassen, dass eine Ansteuerung der mindestens
einen Leuchtstofflampe unterbleibt bzw. die Detektorschaltung und/oder
das elektronische Vorschaltgerät abgeschaltet wird/werden.
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Es
sei angemerkt, dass die vorstehend genannte Kriterien einzeln oder
in Kombination miteinander Verwendung finden können.
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Insbesondere
sind die Spannungsintervalle aneinander anschließend angeordnet.
Beispielhaft könnten folgende Spannungsintervalle eingesetzt
werden:
- – Erstes Spannungsintervall:
Die Spannung ist größer als 3 V;
- – Zweites Spannungsintervall: Die Spannung liegt in
einem Bereich von 2 V bis 3 V (jeweils einschließlich);
- – Drittes Spannungsintervall: Die Spannung liegt in
einem Bereich von 0,5 V (einschließlich) bis 2 V;
- – Viertes Spannungsintervall: Die Spannung ist kleiner
als 0,5 V.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, dass abhängig von dem ersten
Signal an dem ersten Eingang und abhängig von dem zweiten
Signal an dem zweiten Eingang die Ansteuerung der mindestens einen
Leuchtstofflampe, insbesondere über mindestens einen Halbbrückenwechselrichter
erfolgt, falls während einer Anlaufphase das erste Signal
und das zweite Signal jeweils größer als eine
erste vorgegebene Spannung und kleiner als eine zweite vorgegebene
Spannung sind.
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Bei
der Anlaufphase handelt es sich insbesondere um einen Zeitraum vor
der Ansteuerung der mindestens einen Leuchtstofflampe. Eine derartige
Ansteuerung kann z. B. mittels einer Halbbrückenschaltung (bzw.
mittels eines Halbbrückenwechselrichters), mittels einer
Vollbrückenschaltung oder mittels einer Push-Pull-Schaltung
erfolgen.
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Hierbei
sei angemerkt, dass die erste vorgegebene Spannung vorzugsweise
kleiner als die zweite vorgegebene Spannung ist. Mit anderen Worten
erfolgt die Ansteuerung der mindestens einen Leuchtstofflampe – direkt
oder indirekt (z. B. über den mindestens einen Halbbrückenwechselrichter) – falls
das erste und das zweite Signal jeweils in einem Intervall zwischen
der ersten vorgegebenen Spannung und der zweiten vorgegebenen Spannung
liegen.
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So
kann vorteilhaft mindestens eine Wendel der mindestens einen Leuchtstofflampe
erkannt werden, wobei die Detektorschaltung in unterschiedlichen
EVG-Topologien (”Lamp-to-Ground” oder ”Capacitor-to-Ground”-Beschaltungen)
und insbesondere in Kombination mit einer Leuchtstofflampe oder
mit zwei Leuchtstofflampen einsetzbar ist.
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Weiterhin
sei angemerkt, dass der obere Schwellwert entsprechend einer hohen
Spannung (z. B. größer als die zweite vorgegebenen
Spannung) an mindestens einem der beiden Eingänge gleichbedeutend
mit einem hohen Stromfluss in der Detektorschaltung sein kann. Beispielsweise
kann die Detektorschaltung eine Stromquelle aufweisen, die entsprechend
einer solchen hohen Spannung eine Versorgungsspannung der Detektorschaltung
derart belastet, dass eine Ansteuerung der mindestens einen Leuchtstofflampe
nicht mehr erfolgen kann. Somit entspricht die hohe Spannung an
mindestens einem der beiden Eingänge alternativ oder zusätzlich
einem hohen Strom, der von der Stromquelle aus der Versorgungsspannung
umgesetzt wird und eine Ansteuerung der mindestens einen Leuchtstofflampe
unterbindet.
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Ein
weiterer Vorteil des vorliegenden Ansatzes besteht darin, dass die
Detektorschaltung flexibel einsetzbar ist und somit eine Vielzahl
von ansonsten notwendigen Schaltungsteilen für Steuer-
und Überwachungsaufgaben entfallen kann.
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So
ist es eine Weiterbildung, dass die zweite vorgegebene Spannung
durch eine Stromquelle vorgegeben ist.
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Insbesondere
ist es eine Weiterbildung, dass mindestens einer der Eingänge
mit der Stromquelle, verbunden ist, wobei die Stromquelle eine Versorgungsspannung
abhängig von mindestens einer Spannung an mindestens einem
der Eingänge belastet.
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Beispielsweise
ist die Stromquelle als eine steuerbare Stromquelle ausgeführt.
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Eine
Weiterbildung ist es, dass die Detektorschaltung zur Ansteuerung
der mindestens einen Leuchtstofflampe vor dem Starten eines elektronischen
Vorschaltgeräts einsetzbar ist.
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Die
Wendelerkennung wird vorzugsweise eingesetzt, bevor ein elektronisches
Vorschaltgerät anläuft bzw. vor einem Zünden
einer Leuchtstofflampe.
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Eine
andere Weiterbildung ist es, dass keine Ansteuerung der mindestens
einen Leuchtstofflampe, insbesondere über den mindestens
einen Halbbrückenwechselrichter, erfolgt, falls während
einer Anlaufphase das erste Signal oder das zweite Signal größer
als die zweite vorgegebene Spannung ist/sind oder falls das erste
Signal oder das zweite Signal kleiner als die erste vorgegebene
Spannung ist/sind.
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In
diesem Fall wurden die Wendeln (noch) nicht korrekt erkannt, die
mindestens eine Leuchtstofflampe wird noch nicht angesteuert, bzw.
wartet das EVG insbesondere so lange, bis die Wendeln korrekt kontaktiert sind.
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Dies
hat insbesondere den Vorteil, dass ein Zünden der Leuchtstofflampe
nicht erfolgt, wenn diese nur einseitig in eine Fassung eingelegt
wird und somit, z. B. beim Wechseln der Leuchtstofflampe, der Benutzer keinen
elektrischen Schlag bekommen kann.
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Insbesondere
ist es eine Weiterbildung, dass
- – im
Fall einer Beschaltung mit einer Leuchtstofflampe das erste Signal über
einen Spannungsteiler einer Spannung an der Leuchtstofflampe entspricht
und das zweite Signal über einen Spannungsteiler einer
Vergleichsspannung entspricht;
- – im Fall einer Beschaltung mit zwei Leuchtstofflampen
das erste Signal über einen Spannungsteiler einer Spannung
an der ersten Leuchtstofflampe entspricht und das zweite Signal über
einen Spannungsteiler einer Spannung an einer zweiten Leuchtstofflampe
entspricht.
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Somit
kann vorteilhaft die Detektorschaltung in einer Beschaltung mit
einer Leuchtstofflampe oder in einer Beschaltung mit zwei Leuchtstofflampen
verwendet werden.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Leuchtstofflampe
in einer Capacitor-to-Ground Topologie oder in einer Lamp-to-Ground
Topologie betreibbar ist.
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Somit
ist es möglich, die Detektorschaltung in unterschiedlichen
Topologien, d. h. Beschaltungen der mindestens einen Leuchtstofflampe,
einzusetzen. Die Detektorschaltung leitet das notwendige Verhalten,
bzw. die benötigten Steuer- und Überwachungsaufgaben,
in beiden Formen der Beschaltung korrekt ab.
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Eine
alternative Ausführungsform besteht darin, dass Komparatoren
zur Bestimmung der Spannungsintervalle vorgesehen sind.
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Eine
nächste Ausgestaltung ist es, dass mittels eines Mikrokontrollers
die Signale der Eingänge bestimmbar sind.
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Entsprechend
können die Komparatoren mit zugehöriger Schaltlogik
zur Detektion der Schwellwerte eingesetzt werden. Alternativ oder
zusätzlich kann mindestens ein Mikrokontroller, ggf. in
Verbindung mit mindestens einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler),
eingesetzt werden, um die an den Eingängen anliegenden
Signale zu erfassen und geeignet auszuwerten.
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Auch
ist es eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Leuchtstofflampe
mittels mindestens einer Halbbrücke über einen
spannungsgesteuerten Oszillator ansteuerbar ist.
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Beispielsweise
können die mindestens eine Halbbrücke oder der
spannungsgesteuerte Oszillator Teil der Detektorschaltung oder Teil
des elektronischen Vorschaltgeräts zum Betrieb der mindestens
einen Leuchtstofflampe sein. Insbesondere kann auch die Detektorschaltung
ein Teil des elektronischen Vorschaltgeräts oder mit diesem
verknüpft sein.
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Eine
Weiterbildung besteht darin, dass mindestens ein Eingang mit einer
steuerbaren Stromquelle verbunden ist, wobei die steuerbare Stromquelle
eine Versorgungsspannung abhängig von mindestens einer Spannung
an mindestens einem Eingang belastet.
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Insofern
kann abhängig von einer an mindestens einem der Eingänge
anliegenden Spannung die Stromquelle die Versorgungsspannung mit
einem entsprechend hohen Strom belasten, so dass beispielsweise eine
Ansteuerung der mindestens einen Leuchtstofflampe aufgrund der hohen
Spannung an dem betroffenen Eingang unterbleibt (bzw. nicht mehr
erfolgen kann).
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Eine
andere Ausgestaltung ist es, dass die Detektorschaltung zumindest
teilweise in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet ist.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein
elektronisches Vorschaltgerät zur Ansteuerung mindestens
einer Leuchtstofflampe umfassend eine Detektorschaltung wie hierin
beschrieben.
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Das
EVG stellt insbesondere Funktionen zur Dimmung der mindestens einen
Leuchtstofflampe sowie zur End-Of-Life-Erkennung bereit. Anhand
der Detektorschaltung kann rechtzeitig ein Fehlerfall beim Betrieb einer
Leuchtstofflampe erkannt werden und eine weitere Ansteuerung dieser
Lampe unterbleiben (d. h. die Leuchtstofflampe inaktiv geschaltet
werden).
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Weiterhin
ist es eine Ausgestaltung, dass die Schaltungsanordnung zur Lebensdauerende-Erkennung und
zur Abschaltung der Leuchtstofflampe einsetzbar ist.
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Ferner
wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung
zur Ansteuerung mindestens einer Leuchtstofflampe, umfassend:
- – Einen Halbbrückenwechselrichter
mit mindestens einem nachgeschalteten Lastkreis,
- – mindestens einen Koppelkondensator, der mit dem Lastkreis
und mit dem Halbbrückenwechselrichter verbunden ist,
- – wobei der Lastkreis Anschlüsse für
die mindestens eine Leuchtstofflampe aufweist,
- – eine Detektorschaltung nach einem der Ansprüche
1 bis 15 zur Ansteuerung des Halbbrückenwechselrichters.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein
Verfahren zum Betrieb der Detektorschaltung gemäß den
hierin gemachten Ausführungen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt
und erläutert.
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Es
zeigen:
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1 beispielhaft
einen Aufbau einer Kontrollschaltung zur Ansteuerung mindestens
einer Leuchtstofflampe;
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2 ein
EVG mit einer Leuchtstofflampe in einer ”Capacitor-to-Ground” (Kondensator-nach-Masse) Topologie;
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3 ein
EVG mit zwei Leuchtstofflampen in einer ”Capacitor-to-Ground” (Kondensator-nach-Masse) Topologie;
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4 ein
EVG mit einer Leuchtstofflampe in einer ”Lamp-to-Ground” (Lampe-nach-Masse)
Topologie;
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5 ein
EVG mit zwei Leuchtstofflampen in einer ”Lamp-to-Ground” (Lampe-nach-Masse)
Topologie.
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1 zeigt
beispielhaft einen Aufbau einer Kontrollschaltung zur Ansteuerung
mindestens einer Leuchtstofflampe.
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1 umfasst
mehrere Komparatoren Comp11, Comp12, Comp13, Comp21, Comp22, Comp23, Comp31
und Comp32, deren Ausgänge mit einer Logikeinheit 101 verbunden
sind. Die Logikeinheit 101 steuert einen spannungsgesteuerten
Oszillator VCO 102 an, an dessen Ausgang zwei Ansteuersignale
LSG, HSG, z. B. zur Ansteuerung elektronischer Schalter einer Halbbrückenschaltung
bzw. eines Halbbrückenwechselrichters bereitgestellt werden.
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Die
Kontrollschaltung kann Teil einer End-Of-Life-Schaltung, insbesondere
einer End-Of-Life-Detektorschaltung zum Betrieb und/oder zur Überwachung
mindestens einer Leuchtstofflampe sein.
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Die
Kontrollschaltung kann Teil einer integrierten Schaltung sein, die
zur Steuerung eines elektronischen Vorschaltgeräts (EVG)
oder mindestens einer Halbbrücke einsetzbar ist.
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Die
Kontrollschaltung gemäß 1 weist
zwei Eingänge EOL1, EOL2, sowie einen Eingang für
eine Versorgungsspannung VCC auf. Die beiden Eingänge EOL1
und EOL2 sind geeignet, um eine Spannung an oder im Zusammenhang
mit einer Leuchtstofflampe zu detektieren. Die jeweils pro Eingang
EOL1 und/oder EOL2 detektierte Spannung kann mittels der Kontrollschaltung
geeignet ausgewertet werden.
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Beispielhaft
ist hierzu die Kontrollschaltung gemäß 1 wie
folgt ausgestaltet: Der Eingang EOL1 ist mit einem Eingang des Komparators
Comp31 verbunden, der andere Eingang des Komparators Comp31 ist mit
einem Knoten 108 verbunden. Der Knoten 108 ist über
einen Widerstand 106 mit dem Eingang EOL2 verbunden. Auch
ist der Knoten 108 über einen Widerstand 105 mit
Masse verbunden. Weiterhin ist der Eingang EOL2 mit einem Eingang
des Komparators Comp32 verbunden, dessen anderer Eingang mit einem
Knoten 109 verbunden ist. Der Knoten 109 ist über
einen Widerstand 104 mit Masse verbunden und über
einen Widerstand mit dem Eingang EOL1 verbunden.
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Der
Eingang EOL1 ist mit je einem Eingang der Komparatoren Comp11, Comp12
und Comp13 verbunden. Der andere Eingang des Komparators Comp11
liegt auf einem Potential von 3 V, der andere Eingang des Komparators
Comp12 liegt auf einem Potential von 2 V und der andere Eingang
des Komparators Comp13 liegt auf einem Potential von 0,5 V.
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Der
Eingang EOL2 ist mit je einem Eingang der Komparatoren Comp21, Comp22
und Comp23 verbunden. Der andere Eingang des Komparators Comp21
liegt auf einem Potential von 3 V, der andere Eingang des Komparators
Comp22 liegt auf einem Potential von 2 V und der andere Eingang
des Komparators Comp23 liegt auf einem Potential von 0,5 V.
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Anhand
der Komparatoren ist feststellbar, in welchem von jeweils mindestens
vier Spannungsbereichen sich die Eingangsspannungen an den Eingängen
EOL1 und EOL2 befinden.
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Der
Eingang EOL1 ist mit einem Eingang einer Stromquelle 107 und
der Eingang EOL2 ist mit einem anderen Eingang der Stromquelle 107 verbunden.
Die Stromquelle ist weiterhin mit der Versorgungsspannung VCC verbunden.
Die Versorgungsspannung VCC ist über eine Z-Diode D1 mit
der Logikeinheit 101 verbunden und eine Z-Diode D2 ist
zwischen der Versorgungsspannung VCC und Masse angeordnet.
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Somit
können beide Eingänge EOL1 und EOL2 oder nur einer
der beiden Eingänge mit der steuerbaren Stromquelle 107 verbunden
sein, die die Versorgung VCC abhängig von den Spannungen
an den Eingängen EOL1 und EOL2 belastet. Über
die Z-Diode D1 wird die Logikeinheit 101 zur Ansteuerung
des VCO 102 freigegeben, wenn die Versorgungsspannung VCC
einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Z-Diode D2 verhindert
ein weiteres Ansteigen dieser Versorgungsspannung VCC.
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Nachfolgend
werden beispielhafte Schaltungsanordnungen elektronischer Vorschaltgeräte
(EVG) mit einer oder mit zwei Leuchtstofflampen in unterschiedlichen
Beschaltungen beschrieben. Jede der Schaltungsanordnungen weist
die in 1 gezeigte und vorstehend erläuterte
Kontrollschaltung in Form eines sogenannten ”Control Circuits” auf.
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Grundsätzlich
gilt für die Schaltungsanordnungen, dass die gezeigten
Leuchtstofflampen nicht Teil des EVGs sein müssen, sondern
vorzugsweise Anschlüsse (z. B. Fassungen) vorgesehen sind,
die mit den Leuchtstofflampen kontaktiert werden können.
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EVG mit einer Leuchtstofflampe und ”Capacitor-to-Ground”-Beschaltung
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2 zeigt
ein EVG mit einer Leuchtstofflampe in einer ”Capacitor-to-Ground” (Kondensator-nach-Masse)
Topologie.
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2 zeigt
einen Schaltungsblock 201, der sich auch in den nachfolgenden
Schaltungsanordnungen findet und auch dort als Schaltungsblock 201 bezeichnet
ist. Beispielhaft wird der Schaltungsblock 201 nachfolgend
beschrieben.
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Eine
Versorgungsspannung oder Zwischenkreisspannung VBus liegt zwischen
Masse und einem Knoten 202. Der Knoten 202 ist
mit dem Drain-Anschluss eines n-Kanal Mosfets Q1 verbunden, dessen
Source-Anschluss mit einem Knoten HB und mit dem Drain-Anschluss
eines n-Kanal Mosfets Q2 verbunden ist. Der Source-Anschluss des
Mosfets Q2 ist mit Masse verbunden. Der Gate-Anschluss des Mosfets
Q1 ist mit dem Ausgang LSG der Kontrollschaltung 204 und
der Gate-Anschluss des Mosfets Q2 ist mit dem Ausgang HSG der Kontrollschaltung 204 verbunden.
Der Knoten HB ist über eine Spule L1 mit einem Knoten 203 und der
Knoten 203 ist über einen Kondensator C1 mit Masse
verbunden.
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Somit
ist der Schaltungsblock 201 einerseits mit der Kontrollschaltung 204 verbunden
und andererseits ist er über die Knoten 202 und 203 mit
der restlichen Schaltungsanordnung verbunden.
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Gemäß 2 ist
der Knoten 202 über einen Widerstand R11 mit dem
Eingang für die Versorgungsspannung VCC der Kontrollschaltung 204 verbunden.
Der Knoten 202 ist über einen Widerstand R21 mit
einem Anschluss 205 der Wendel der Lampe Lamp1 verbunden.
Der andere Anschluss 206 der Wendel ist über einen
Widerstand R22 mit dem Eingang EOL1 verbunden und der Eingang EOL1
ist über einen Widerstand R23 mit Masse verbunden. Auch
ist der Anschluss 206 über einen Kondensator C2
mit Masse verbunden. Der Knoten 202 ist über einen
Widerstand R31 mit dem Eingang EOL2 und der Eingang EOL2 ist über
einen Widerstand R32 mit Masse verbunden. Der Knoten 203 ist
mit einem Anschluss 207 einer Wendel der Lampe Lamp1 verbunden.
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EVG mit zwei Leuchtstofflampen und ”Capacitor-to-Ground”-Beschaltung
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3 zeigt
ein EVG mit zwei Leuchtstofflampen in einer ”Capacitor-to-Ground” (Kondensator-nach-Masse)
Topologie.
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Entsprechend
den Ausführungen zu 2 ist der
Schaltungsblock 201 vorgesehen mit den zwei Knoten 202 und 203.
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Das
EVG ist beispielhaft mit zwei Leuchtstofflampen Lamp1 und Lamp2
gezeigt. Hierbei kann es sich um Fassungen zum Einsetzen der Leuchtstofflampen
handeln. Die Leuchtstofflampen weisen jeweils zwei Wendeln mit je
zwei Anschlüssen auf. So weist die Leuchtstofflampe Lamp1
Anschlüsse 301 und 302 zur Verbindung
mit einer ersten Wendel und Anschlüsse 303 und 304 zur
Verbindung mit einer zweiten Wendel auf. Entsprechend weist die
Leuchtstofflampe Lamp2 Anschlüsse 305 und 306 zur
Verbindung mit einer ersten Wendel und Anschlüsse 307 und 308 zur
Verbindung mit einer zweiten Wendel auf.
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Der
Knoten 202 ist über einen Widerstand R11 mit dem
Anschluss 306, über einen Widerstand R12 mit den
Anschluss 301, über einen Widerstand R21 mit dem
Anschluss 307 und über einen Widerstand R31 mit
dem Anschluss 303 verbunden.
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Der
Knoten 203 ist mit dem Anschluss 302, mit dem
Anschluss 305 sowie über einen Widerstand R13 mit
dem Eingang für die Versorgungsspannung VCC der Kontrollschaltung 204 verbunden.
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Der
Anschluss 304 ist über die erste Spule eines Transformators
T1 mit einem Knoten 309 verbunden und der Anschluss 308 ist über
die zweite Spule des Transformators T1 mit einem Knoten 310 verbunden.
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Der
Knoten 309 ist über einen Kondensator C3 mit Masse
verbunden. Weiterhin ist der Knoten 309 über einen
Widerstand R32 mit dem Eingang EOL1 verbunden, wobei der Eingang
EOL1 über einen Widerstand R33 mit Masse verbunden ist.
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Der
Knoten 310 ist über einen Kondensator C2 mit Masse
verbunden. Weiterhin ist der Knoten 310 über einen
Widerstand R22 mit dem Eingang EOL2 verbunden, wobei der Eingang
EOL2 über einen Widerstand R23 mit Masse verbunden ist.
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EVG mit einer Leuchtstofflampe und ”Lamp-to-Ground”-Beschaltung
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4 zeigt
ein EVG mit einer Leuchtstofflampe in einer ”Lamp-to-Ground” (Lampe-nach-Masse)
Topologie.
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Entsprechend
den Ausführungen zu 2 ist der
Schaltungsblock 201 vorgesehen mit den zwei Knoten 202 und 203.
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Der
Knoten 202 ist über einen Widerstand R11 mit dem
Eingang für die Versorgungsspannung VCC der Kontrollschaltung 204 verbunden.
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Der
Eingang der Versorgungsspannung VCC ist über einen Wiederstand
R23 mit einem Knoten 401 und über einen Widerstand
R33 mit dem Eingang EOL2 verbunden. Der Eingang EOL2 ist über
einen Widerstand R34 mit Masse verbunden.
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Der
Knoten 203 ist über eine Parallelschaltung aus
einem Widerstand R21 und einem Kondensator C2 mit einem Anschluss 402 für
eine erste Wendel einer Leuchtstofflampe Lamp1 und über
einen Widerstand R22 mit dem Knoten 401 verbunden. Der
Knoten 401 ist mit dem Eingang EOL1 und über einen
Widerstand R24 mit einem Anschluss 404 für eine
zweite Wendel der Leuchtstofflampe Lamp2 verbunden. Ein Anschluss 403 für
die zweite Wendel der Leuchtstofflampe ist mit Masse verbunden.
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EVG mit zwei Leuchtstofflampen und ”Lamp-to-Ground”-Beschaltung
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5 zeigt
ein EVG mit zwei Leuchtstofflampen in einer ”Lamp-to-Ground” (Lampe-nach-Masse)
Topologie.
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Entsprechend
den Ausführungen zu 2 ist der
Schaltungsblock 201 vorgesehen mit den zwei Knoten 202 und 203.
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Das
EVG ist beispielhaft mit zwei Leuchtstofflampen Lamp1 und Lamp2
gezeigt. Hierbei kann es sich um Fassungen zum Einsetzen der Leuchtstofflampen
handeln. Die Leuchtstofflampen weisen jeweils zwei Wendeln mit je
zwei Anschlüssen auf. So weist die Leuchtstofflampe Lamp1
Anschlüsse 501 und 502 zur Verbindung
mit einer ersten Wendel und Anschlüsse 503 und 504 zur
Verbindung mit einer zweiten Wendel auf. Entsprechend weist die
Leuchtstofflampe Lamp2 Anschlüsse 505 und 506 zur
Verbindung mit einer ersten Wendel und Anschlüsse 507 und 508 zur
Verbindung mit einer zweiten Wendel auf.
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Der
Knoten 202 ist über einen Widerstand R11 mit dem
Eingang für die Versorgungsspannung VCC der Kontrollschaltung 204 verbunden.
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Der
Eingang für die Versorgungsspannung VCC der Kontrollschaltung 204 ist über
einen Widerstand R23 mit dem Eingang EOL1 und über einen
Widerstand R33 mit dem Eingang EOL2 verbunden.
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Der
Knoten 203 ist über eine Parallelschaltung aus
einem Widerstand R31 und einem Kondensator C3 mit einem Knoten 510 sowie über
eine Parallelschaltung aus einem Widerstand R21 und einem Kondensator
C2 mit einem Knoten 509 verbunden.
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Der
Knoten 509 ist über einen Widerstand R22 mit dem
Eingang EOL1 verbunden. Der Knoten 510 ist über
einen Widerstand R32 mit dem Eingang EOL2 verbunden.
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Weiterhin
ist der Knoten 509 über eine erste Spule eines
Transformators T1 mit dem Anschluss 502 verbunden. Der
Knoten 510 ist über eine zweite Spule des Transformators
T1 mit dem Anschluss 506 verbunden.
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Der
Eingang EOL1 ist über einen Widerstand R24 mit dem Anschluss 503 und
der Eingang EOL2 ist über einen Widerstand R34 mit dem
Anschluss 508 verbunden. Die beiden Anschlüsse 504 und 507 sind
mit Masse verbunden.
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Dimensionierung der Spannungsteiler
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Die
mit einer Wendel der Leuchtstofflampe und mit einem Koppelkondensator
(C2, C3) verbundenen Spannungsteiler (R21, R22 bzw. R31, R32) sind
so eingestellt, dass das Potential dieser Wendel im Betrieb des
elektronischen Vorschaltgeräts (VBus = 400 V, Halbbrückentransistoren
sind angesteuert, Potential an dem Knoten HB beträgt im
zeitlichen Mittel in etwa 200 V) solange die Lampe nicht brennt,
deutlich über dem Potential des Knotens HB liegt, z. B.
in etwa bei 360 V.
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Das
Potential dieser Wendel wird weiter so herunter geteilt und einem
EOL-Eingang zugeführt, dass die Spannung an diesem EOL-Eingang
im Betrieb des EVG über 2 V liegt wenn die Lampe nicht
brennt (in diesem Fall ist der Widerstand der Lampe unendlich groß)
und unter 2 V absinkt, wenn die Lampe gezündet hat (in
diesem Fall liegt der Widerstand der Lampe beispielsweise in einem
Bereich von 100 Ω bis 100 kΩ).
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Bei
den Schaltungsanordnungen mit nur einer Leuchtstofflampe (2, 4)
ist der Eingang EOL2 mit einem Spannungsteiler verbunden, der eine
feste Spannung so teilt, dass im Betrieb mit hoher Lampenleistung
(Widerstand der Lampe beispielsweise in einem Bereich von 100 Ω bis
1 kΩ) beide Eingänge EOL1 und EOL2 (in etwa) die
gleiche Eingangsspannung aufweisen.
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In
der Schaltungsanordnung gemäß 2 wird
dazu die Zwischenkreisspannung VBus verwendet, weil auch die Spannung
an dem Eingang EOL1 von der Zwischenkreisspannung VBus abhängt.
Entsprechend wird in der Schaltungsanordnung gemäß 4 die
Versorgungsspannung VCC geteilt, weil hier die Spannung an EOL1
von dieser Versorgungsspannung VCC abhängt.
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Wendelabfrage
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Ein
EVG, das sich aufgrund eines Lampenfehlers abgeschaltet hat, soll
automatisch wieder starten, nachdem die Lampe gewechselt wurde.
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Hierzu
wird der elektrische Durchgang mindestens einer der beiden Lampenwendeln
kontrolliert: Bei einer Unterbrechung der Wendel kann die Abschaltfunktion
zurückgesetzt werden und bei erneutem Durchgang kann das
EVG wieder starten.
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Aus
Sicherheitsgründen ist es von Vorteil, dass das EVG nicht
startet, wenn die Lampe nur einseitig in eine Fassung, an der Zündspannung
entsteht, eingesetzt ist. Wenn in so einem Fall die Anschlüsse
der anderen Lampenseite berührt werden, würde
die Lampe sonst zünden und könnte einen elektrischen
Schlag verursachen.
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Die
Zündspannung entsteht an einer Fassung, die mit dem Resonanzkreis
(L1, C1) verbunden ist. Im Fall des EVGs mit zwei Leuchtstofflampen
(3, 5) darüber hinaus auch
an einer Fassung, die mit dem Transformator T1 (Symmetriertransformator)
verbunden ist. Die diesen Fassungen jeweils gegenüberliegenden
Lampenwendeln werden vorzugsweise auf elektrischen Durchgang geprüft.
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Die
Wendelabfrage erfolgt vorzugsweise vor bzw. mit Anlauf des EVG.
In diesem Fall werden die Halbbrückentransistoren (Q1,
Q2) noch nicht angesteuert, die Zwischenkreisspannung (VBus) liegt
je nach Netzspannung beispielsweise in einem Bereich von 176 V bis
375 V. Die Lampen (Lamp1, Lamp2) brennen noch nicht (d. h. der Widerstand
der jeweiligen Lampe ist unendlich groß).
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Wenn
die Wendeln eingesetzt und in Ordnung sind, liegt die Spannung an
den Eingängen EOL1 und EOL2 in einem Bereich von ca. 0,5
V bis ca. 3 V.
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Fehlt
hingegen eine Wendel, so beträgt die entsprechende Spannung
an den Eingängen EOL1 und EOL2 bei den Schaltungen gemäß 2 und 3 jeweils
0 V, bei den Schaltungen gemäß 4 und 5 ist
die Spannung an den Eingängen EOL1 und EOL2 größer
als 3 V. In beiden Fällen (0 V und größer
als 3 V) soll das EVG nicht anlaufen. Erst wenn die Spannungen an
den Eingängen EOL1 und EOL2 in einem Bereich von 0,5 V
bis 3 V sind, läuft das EVG an.
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Die
folgende Tabelle fasst die Wendelabfrage vor Anlauf des EVGs zusammen:
Eingänge | Bedingung | Ursache | Reaktion |
EOL1
OR EOL2 | > 3 V | Wendel
fehlt | warten |
EOL1
AND EOL2 | 0,5
V–3 V | Wendeln
ok | anlaufen |
EOL1
OR EOL2 | < 0,5 V | Wendel
fehlt | warten |
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In
der ersten Spalte der vorstehenden Tabelle ist dargestellt, welche
Eingänge EOL1 und/oder EOL2 die Bedingungen gemäß der
zweiten Spannung erfüllen. Je nach Zustand der Spannungen
an den Eingängen EOL1 und/oder EOL2 zeigt die dritte Spalte
die Ursache und die vierte Spalte umfasst die Reaktion der Detektorschaltung
bzw. des EVG.
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Eine
Besonderheit umfasst die Schaltung gemäß 3:
Hier sind zweckmäßig alle vier Wendeln beider
Lampen zu überwachen. Dazu wird der Versorgungsstrom der
Steuerschaltung über die Widerstände R11 und R12
und über beide Wendeln (Anschlüsse 301, 302 und 305, 306)
der Resonanzkreis-Lampenseite geführt. Um die Verluste
klein zu halten, können die Widerstände R11 und
R12 gleich und doppelt so groß wie der Widerstand R13 ausgeführt
sein. Wenn eine der beiden Wendeln fehlt, sinkt der Versorgungsstrom
auf 2/3 seines normalen Wertes. Damit diese kleine Änderung
bei einem großen Netzspannungsbereich zwischen 176 V und
375 V ausgewertet werden kann, wird der Versorgungsstrom der Steuerschaltung
von der Netzspannung unabhängig gemacht. Dies gelingt durch
die Stromquelle 107, die die Versorgung abhängig
von der Netzspannung zusätzlich belastet (siehe 1 und
zugehörige Beschreibung). Das EVG läuft nur an,
wenn der verbleibende Versorgungsstrom der Steuerschaltung einen
gewissen Mindestwert (z. B. 150 μA) nicht unterschreitet.
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Die
Stromquelle 107 wird entweder durch die größere
der Spannungen an den Eingängen EOL1 und EOL2, die jeweils
proportional zur Zwischenkreisspannung VBus sind, oder durch die
Spannung an dem Eingang EOL1 gesteuert.
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Somit
ist es von Vorteil, dass zumindest eine fehlende Wendel einer Leuchtstofflampe
in einem unteren und in einem oberen Spannungsbereich erkannt werden
kann und somit die Kontrollschaltung universell für unterschiedliche
EVG-Topologien einsetzbar ist (”Lamp-to-Ground”-Beschaltung, ”Capacitor-to-Ground”-Beschaltung).
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Zündsteuerung
-
Wenn
eine Lampe noch nicht brennt oder wenn eine Lampe während
des Betriebs aus irgendwelchen Gründen erlischt, soll sie
gezündet werden.
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Dafür
ist von dem EVG die erforderliche Zündspannung, je nach
Lampe bis zu 750 V, bereitzustellen. Eine nicht brennende Lampe
wird dadurch erkannt, dass die Spannung am entsprechenden Eingang
EOL1 und/oder EOL2 mehr als 2 V aber weniger als 3 V beträgt.
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Bei
einem insbesondere dimmbaren EVG mit zwei Lampen wird die Zündspannung
einer Lampe durch den Symmetriertransformator T1 fast verdoppelt
wenn die andere Lampe bereits brennt. In diesem Zustand wird der
Symmetriertransformator T1 aufgrund der hohen Spannung und der hohen
Aussteuerung des Kerns stark belastet. Daher ist für die
Dauer dieses Zustands eine Reduzierung der Zündspannung
zweckmäßig.
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In
diesem Fall liegt die Spannung an einem der Eingänge EOL1
oder EOL2 in einem Bereich von 0,5 V bis 2 V, die Spannung am anderen
Eingang EOL2 oder EOL1 liegt in einem Bereich zwischen 2 V und 3
V (vergleichbar mit dem Fall des EVGs mit nur einer Lampe, falls
diese eine Lampe nicht brennt).
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Um
eine korrekte Reaktion zu ermöglichen, ist vorzugsweise
festzustellen, ob die Kontrollschaltung mit einer Lampe oder mit
zwei Lampen betrieben wird. Dies kann insbesondere bestimmt werden,
solange noch keine Lampe brennt, also während einer Vorheiz-Phase:
Bei dem EVG mit einer Lampe unterscheiden sich die Spannungen an
den Eingängen EOL1 und EOL2 in etwa um einen Faktor 2,
bei dem EVG mit zwei Lampen sind die Spannungen an den Eingängen
EOL1 und EOL2 während der Vorheizphase in etwa gleich groß.
Die Bestimmung der Spannungen und deren Relation zueinander kann
mittels der Kontrollschaltung, z. B. anhand der Komparatoren Comp31
und Comp32 (siehe 1) erfolgen.
-
Überwachung der Ausgangsspannung
Uout
-
Im
normalen Betrieb des EVG (Lampe brennt) sollte dessen Ausgangsspannung
einen bestimmten Wert, z. B. 300 V oder 430 V, nicht dauerhaft überschreiten.
-
Um
dies zu gewährleisten kann die gleiche Regelgröße
wie zur Zündsteuerung herangezogen werden, allerdings kann
die Empfindlichkeit entsprechend erhöht werden.
-
Der
Zustand ”Normalbetrieb” ist anhand der Spannungen
an den Eingängen EOL1 und EOL2 detektierbar, beide sind
dann in einem Bereich von 0,5 V bis 2 V.
-
Eine
besondere Belastung für das EVG stellt der harte Gleichrichtbetrieb
dar, wie er nach EN 61000-3-2 geprüft
wird. Hier wird der Lampe eine Diode in Reihe geschaltet und damit
der Koppelkondensator (C2, C3) stark umgeladen. Das EVG kann in
diesem Betriebsmodus dadurch entlastet werden, dass die Betriebsfrequenz
(weit) über die Resonanzfrequenz des Ausgangs-Resonanzkreises
(L1, C1) erhöht wird.
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Nachfolgende
Tabellen zeigen eine Möglichkeit zur Zündsteuerung
und zur Überwachung der Ausgangsspannung eines EVGs nach
Anlauf des EVGs für den Fall des EVGs mit einer Lampe:
Eingänge | Bedingung | Ursache | Reaktion |
1
OR 2 | > 3 V | hartes
Gleichrichten | Frequenz
erhöhen |
1
OR 2 | 2
V–3 V | Lampe
brennt nicht | volle
Zündspannung |
1
AND 2 | 0,5
V–2 V | Normalbetrieb | Uout überwachen |
1
OR 2 | < 0,5 V | hartes
Gleichrichten | Frequenz
erhöhen |
und für den Fall des EVGs mit zwei Lampen:
Eingänge | Bedingung | Ursache | Reaktion |
1
OR 2 | > 3 V | hartes
Gleichrichten | Frequenz
erhöhen |
1
AND 2 | 2
V–3 V | beide
Lampen brennen nicht | volle
Zündspannung |
1
EXOR 2 | 2
V–3 V | eine
Lampe brennt nicht | reduzierte
Zündspannung |
1
AND 2 | 0,5
V–2 V | Normalbetrieb | Uout überwachen |
1
OR 2 | < 0,5 V | hartes
Gleichrichten | Frequenz
erhöhen |
-
Für
die Funktionen Wendelabfrage, Zündsteuerung und Überwachung
der Ausgangsspannung können die selben Komparatorschwellen
verwendet werden. Dadurch wird der Aufbau der jeweiligen Schaltung vereinfacht.
Auch ist es möglich, eigene Komparatorschwellen für
jede Funktionalität (oder Teile davon) vorzusehen.
-
Anstelle
der Komparatoren und der Schaltlogik kann auch ein Mikrocontroller
mit A/D-Wandler vorgesehen sein, der die Signale an den Eingängen
EOL1 und EOL2 geeignet auswertet und die mindestens eine Halbbrücke
bzw. die mindestens eine Leuchtstofflampe entsprechend ansteuert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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