DE102009043611A1

DE102009043611A1 - Elektronisches Vorschaltgerät und Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE102009043611A1
Application number: DE200910043611
Authority: DE
Inventors: Arwed Storm
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-07
Also published as: WO2011038974A1; CN102577626A; CN102577626B; EP2484183B1; US8994285B2; US20120181945A1; EP2484183A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (R), mit einem Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung (U); einem Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe (R); einem Wechselrichter (10) mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S2) und einem zweiten elektronischen Schalter (S1) und einer Steuervorrichtung (12) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S2) und des zweiten elektronischen Schalters (S1), derart, dass der erste (S2) und der zweite elektronische Schalter (S1) abwechselns mit einer ersten Frequenz (f) leitend geschaltet werden, wobei der erste (S2) und der zweite Schalter (S1) seriell zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsabschluss (E2) gekoppelt sind, wobei der erste elektronische Schalter (S2) mit dem ersten Eingangsanschluss (E1) und der zweite elektronische (S1) mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, wobei zwischen dem ersten (E2) und dem zweiten elektronischen Schalter (E1) ein erster Brückenmittelpunkt (HBM) ausgebildet ist; einer Strommessvorrichtung (R) zur Messung des Stroms (I) zumindest durch den zweiten elektronischen Schalter (S1); einer Lampendrossel (L), die seriell zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe mit einem Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung, einem Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe, einem Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektronischen Schalter und einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung zumindest des ersten und des zweiten elektronischen Schalters derart, dass der erste und der zweite elektronische Schalter abwechselnd mit einer ersten Frequenz leitend geschaltet werden, wobei der erste und der zweite Schalter seriell zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt sind, wobei der erste elektronische Schalter mit dem ersten Eingangsanschluss und der zweite elektronische Schalter mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten elektronischen Schalter ein erster Brückenmittelpunkt ausgebildet ist, einer Strommessvorrichtung zur Messung des Stroms zumindest durch den zweiten elektronischen Schalter, einer Lampendrossel, die seriell zwischen den ersten Brückenmittelpunkt und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, zumindest einem Trapezkondensator, der parallel zu einem der beiden elektronischen Schalter gekoppelt ist und zumindest einem Koppelkondensator zum Ankoppeln der Last, wobei die Steuervorrichtung mit der Strommessvorrichtung gekoppelt ist und ausgelegt ist, den zweiten elektronischen Schalter leitend zu schalten und zwar entweder falls ein vorgebbarer negativer Schwellwert des Stroms durch den zweiten elektronischen Schalter nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters überschritten wird oder nach einer vorgebbaren Zeitdauer, falls der vorgebbare negative Schwellwert des Stroms durch den zweiten elektronischen Schalter nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters nicht überschritten wird. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe.
Stand der Technik
Schon seit einiger Zeit sind unter der Bezeichung Multilampen-EVGs elektronische Vorschaltgeräte auf dem Markt, die zum Betrieb von unterschiedlichen Lampen, insbesondere von Lampen unterschiedlicher Leistung ausgelegt sind. Ein Problem in diesem Zusammenhang besteht darin, einen schaltentlasteten Betrieb der Brückenschaltung des Wechselrichters bei unterschiedlichen Lasten sicherzustellen.
In den nachfolgenden Ausführungen wird angenommen, dass der Wechselrichter mit einer Halbbrücke bestückt ist. Wie für den Fachmann ohne Weiteres erkennbar, sind die nachfolgenden Ausführungen auf Wechselrichter mit Schaltern in Vollbrückenanordnung übertragbar.
In einem aus dem Stand der Technik bekannten Controller für Entladungslampen der Firma Infineon wird ein Schalten während der Leitphase der Freilaufdiode über dem zweiten elektronischen Schalter wie folgt sichergestellt: Unter Verwendung eines Halbbrücken-Shunt-Widerstands wird der Strom im unteren Brückenzweig gemessen. Das Unterschreiten einer negativen Schwelle dieses Stroms wird dem Zeitpunkt gleichgesetzt, an dem die Freilaufdiode des unteren Schaltelements leitend wird. Dieses Ereignis triggert das Einschalten des unteren Halbbrückenschalters und bestimmt somit die Totzeit der Ansteuersignale für die Schalter der Halbbrücke.
Problematisch ist diese Regelung bei einem Betrieb der Brückenschaltung mit einer Frequenz unmittelbar oberhalb des Phasensprungs, das heißt oberhalb des Übergangs vom induktiven Betrieb zum kapazitiven Betrieb bei hohen Lasten. In dieser Betriebsart kann der verfügbare Strom für die Umladung des Trapezkondensators sehr gering sein. Dadurch besteht die Gefahr, dass die negative Schwelle des Stroms durch den Halbbrücken-Shunt-Widerstand nicht erreicht wird. Die aus dem Stand der Technik bekannte Totzeitregelung stellt in diesem Fall die maximale Totzeit, d. h. eine maximal vorgebbare Zeitdauer, ein. Dadurch wird der Schaltvorgang des unteren Halbbrückenschalters ausgeführt, nachdem der Stromfluss durch die Freilaufdiode bereits beendet wurde. Da zu diesem Zeitpunkt die Spannung über dem unteren Halbbrückenschalter ungleich Null ist, schaltet der untere Schalter der Halbbrücke nicht mehr schaltentlastet. Dies führt zu unerwünschten Schaltverlusten sowie zu einer Überbeanspruchung der beteiligten Transistoren. Letzteres resultiert unter anderem in einer Verkürzung der Lebensdauer derartiger elektronischer Vorschaltgeräte.
Um dennoch eine zuverlässige Schaltentlastung der Halbbrücke zu gewährleisten, kann der üblicherweise vorhandene Resonanzkreis mit großen Resonanz-Kapazitäten ausgelegt werden. Diese Maßnahme führt jedoch zu erhöhten Blindströmen und damit zu unerwünscht großen Verlusten im Wechselrichter.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät beziehungsweise ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass auch bei einem Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts in der Nähe des Phasensprungs bei unterschiedlichen angeschlossenen Lasten ein schaltentlasteter Betrieb bei möglichst geringen Verlusten bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vorschaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 11.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dem obigen Problem begegnet werden kann, wenn bei Feststellung eines Schaltvorgangs nach Erreichen der maximalen Totzeit die Frequenz, mit der die Schalter der Halbbrücke betrieben werden, erhöht wird. Durch Erhöhen dieser Frequenz wird die Betriebsfrequenz ausgehend von einer Übergangsfrequenz zwischen kapazitivem und induktivem Betrieb in Richtung induktivem Betrieb verschoben. Dies resultiert in einer Vergrößerung der negativen Stromamplitude bei Übernahme des Stroms durch die Freilaufdiode des unteren Schalters. Wird die Betriebsfrequenz der beiden Schalter soweit erhöht, dass der vorgebbare negative Schwellwert des Stroms durch den unteren Schalter wieder überschritten wird, so funktioniert die bekannte Totzeitregelung wieder; ein schaltentlasteter Betrieb der Schalter des Wechselrichters kann sichergestellt werden.
Diese Lösung funktioniert ohne eine Vergrößerung der Kapazität des Resonanzkondensators und geht daher mit nahezu keinen zusätzlichen Verlusten einher.
Jeder der beiden elektronischen Schalter umfasst eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode. Es kann nun vorgesehen werden, dass der Strecke Arbeitselektrode-Bezugselektrode eine diskrete Diode als Freilaufdiode parallel geschaltet ist oder dass die Freilaufdiode eine Bodydiode des elektronischen Schalters darstellt. Letzteres ist beispielsweise der Fall, wenn als Schalter Mosfet-Transistoren verwendet werden.
Bevorzugt umfasst die Steuervorrichtung eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts einen Speicher, in dem die vorgebbare Zeitdauer abgelegt ist. Dies eröffnet insbesondere die Möglichkeit, diese ggf. lampenspezifisch zu modifizieren.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Steuervorrichtung eine Zeitmessvorrichtung umfasst, die ausgelegt ist, die Zeitdauer nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters bis zum Leitend-Schalten des zweiten elektronischen Schalters zu bestimmen.
Bevorzugt ist die Steuervorrichtung zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt: c1) Falls die gemessene Zeitdauer gleich der vorgebbaren Zeitdauer ist: Erhöhe die erste Frequenz um einen vorgebbaren Schritt. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang die Steuervorrichtung weiterhin zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt: c2) Wiederhole Schritt c1) jedenfalls solange, bis die gemessene Zeitdauer kleiner als die vorgebbare Zeitdauer ist. Dies resultiert in der Summe darin, dass die Betriebsfrequenz der Schalter der Halbbrücke in vorgebbaren Stufen solange erhöht wird, bis die Totzeit nicht mehr der maximalen Totzeit entspricht. Da eine zu weite Erhöhung der Betriebsfrequenz der Schalter der Halbbrücke die auf die Lampe übertragbare Leistung reduzieren würde, stellt diese Vorgehensweise einen optimalen Kompromiss zwischen einem schaltentlasteten Betrieb der Schalter der Halbbrücke sowie einer maximal an die angeschlossene Lampe übertragenen Leistung dar.
Weiterhin bevorzugt ist die Steuervorrichtung zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt: d1) Falls die gemessene Zeitdauer kleiner als die vorgebbare Zeitdauer ist: Erniedrige die erste Frequenz um einen vorgebbaren Schritt. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang die Steuervorrichtung weiterhin zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt: d2) Wiederhole Schritt d1) solange, bis ein vorgebbarer Wert für die erste Frequenz erreicht ist. Diese Maßnahmen tragen insbesondere der Situation Rechnung, wenn zunächst eine Entladungslampe mit höherer Leistung bzw. höherer Brennspannung an den Ausgang des elektronischen Vorschaltgeräts angeschlossen wird, deren Brennspannung während des Betriebs infolge von Temperatureffekten wieder abnimmt. Würde die Betriebsfrequenz für die Schalter der Halbbrücke beibehalten, die sich beim Betrieb der Lampe mit höherer Leistung eingestellt hat, so würde weniger Leistung an die Lampe mit niedrigerer Brennspannung übertragen als tatsächlich möglich wäre. Durch das stufenweise Absenken der Betriebsfrequenz der Schalter der Halbbrücke kann sichergestellt werden, dass einerseits die Schalter schaltentlastet betrieben werden und dass andererseits eine maximale Leistung an die am Ausgang des elektronischen Vorschaltgeräts angeschlossene Entladungslampe übertragen wird. In diesem Zusammenhang können Algorithmen zur Wahl der Schrittweite implementiert sein, die ein nicht-schaltentlastetes Schalten der Schalter der Halbbrücke lediglich sehr selten provozieren, beispielsweise jeden 100sten oder 1000sten Schaltvorgang. Derart seltenes nicht-schaltentlastetes Schalten führt lediglich zu unrelevanten Verlusten, ermöglicht jedoch einen hinsichtlich der Leistungsübertragung optimierten Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts;
2 in schematischer Darstellung die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Betriebsfrequenz der Schalter des Wechselrichters für zwei unterschiedliche Lasten;
3 den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Größen für das Ausführungsbeispiel von 1; und
4 in schematischer Darstellung einen Signalflussgrafen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Totzeitregelung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts. Wenngleich im Nachfolgenden die Erfindung am Beispiel eines Wechselrichters mit einer Halbbrückenschaltung vorgestellt wird, so ist für den Fachmann offensichtlich, dass die erfindungsgemäßen Prinzipien auch bei einem Wechselrichter mit Vollbrückenschaltung anwendbar sind.
Das in 1 dargestellte elektronische Vorschaltgerät weist einen Eingang mit einem ersten E1 und einem zweiten Eingangsanschluss E2 auf zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung. Vorliegend ist dies die so genannte Zwischenkreisspannung U_Zw, die üblicherweise aus einer Netzwechselspannung gewonnen wird. Diese Zwischenkreisspannung U_Zw wird an einen Wechselrichter 10 angelegt, der einen ersten S1 und einen zweiten elektronischen Schalter S2 in Halbbrückenanordnung umfasst. Zur Ansteuerung der Schalter S1, S2 ist eine Steuervorrichtung 12 vorgesehen. Die Steuervorrichtung 12 steuert die Schalter S1, S2 insbesondere derart, dass der erste und der zweite Schalter S1, S2 abwechselnd mit einer ersten Frequenz leitend geschaltet werden. Zu diesem Zweck ist die Steuervorrichtung 12 mit einer Strommessvorrichtung gekoppelt, die vorliegend einen Shunt-Widerstand R_S umfasst, der seriell zum ersten Schalter S1 angeordnet ist. Der durch den Shunt-Widerstand R_S fließende Strom ist mit I_S bezeichnet. Die Schalter S1, S2 sind als Mosfet ausgebildet, wobei zur Vereinfachung der nachfolgenden Erklärungen die jeweilige Bodydiode D1, D2, die hier jeweils als Freilaufdiode wirkt, eingezeichnet ist.
Zwischen den Schaltern S1, S2 ist ein erster Halbbrückenmittelpunkt HBM ausgebildet, wobei die am Halbbrückenmittelpunkt abfallende Spannung mit U_HBM bezeichnet ist. Parallel zum unteren Halbbrückenzweig ist ein Trapezkondensator C_t gekoppelt. Zwischen den ersten Halbbrückenmittelpunkt HBM und einen ersten Ausgangsanschluss A1 des elektronischen Vorschaltgeräts ist eine Lampendrossel L_R gekoppelt. Zwischen den ersten Ausgangsanschluss A1 und einen zweiten Ausgangsanschluss A2, der hier einen zweiten Halbbrückenmittelpunkt darstellt, wird eine Ausgangsspannung U_R an eine Last R_L bereitgestellt, die vorliegend mindestens eine Entladungslampe umfasst. Zwischen den zweiten Ausgangsanschluss A2 und das Bezugspotenzial, dargestellt durch den Anschluss E2, ist ein Koppelkondensator C_C gekoppelt. Parallel zur Serienschaltung der Last R_L und dem Koppelkondensator C_C ist ein Resonanzkondensator C_R gekoppelt.
2 zeigt in schematischer Darstellung die Abhängigkeit der zwischen den Ausgangsanschlüssen A1, A2 bereitgestellten Spannung U_R von der Betriebsfrequenz f_R, mit der die Steuervorrichtung 12 die Schalter S1, S2 ansteuert, für zwei unterschiedliche Lasten R_L. Kurvenzug 1) repräsentiert eine niederohmige Last 1) (geringe Brennspannung, geringe Ausgangsleistung) mit einer Resonanzfrequenz f_R1, Kurvenzug 2) eine höherohmige Last 2) mit einer Resonanzfrequenz f_R2. Wie deutlich zu erkennen, ist die Frequenz f_R2 größer als die Frequenz f_R1. Im Betrieb mit der Frequenz f_o würde der Resonanzkreis mit der erstgenannten Last (Kurvenzug 1)) induktiv betrieben, mit der zweitgenannten Last (Kurvenzug 2)) kapazitiv.
3 zeigt die zeitlichen Verläufe verschiedener Größen des Ausführungsbeispiels von 1. Sie zeigt insbesondere den zeitlichen Verlauf des Ein- und Ausschaltzustands des Schalters S2 (Kurvenzug a)), der Spannung U_HBM (Kurvenzug b)) sowie des Ein- und Ausschaltzustands des Schalters S1 (Kurvenzug c)). Darüber hinaus ist der Verlauf des Stroms I_S dargestellt und zwar zunächst für einen induktiven Betrieb (f_R = f_R2) bei Last 1) (Kurvenzug d)), für einen kapazitiven Betrieb im Phasensprung bei Last 2) (f_R = f_R2) (Kurvenzug e)), sowie für dieselbe Last wie Kurvenzug e), jedoch nunmehr bei Betrieb mit einer Frequenz f_R größer f_R2 (Kurvenzug f)).
Die jeweiligen zeitlichen Verläufe sind gegliedert in vier unterschiedliche Phasen. In der Phase 1 ist der Schalter S2 ein, also leitend. Dadurch befindet sich das Potenzial am Halbbrückenmittelpunkt auf dem Potenzial der Zwischenkreisspannung U_Zw. Der Schalter S1 ist während dieser Zeit aus. Der Strom durch den Shunt-Widerstand R_S ebenfalls Null. In Phase 1 fließt demnach der Strom über den Schalter S2, die Drossel L_R zur Last R_L.
Der Übergang zur Phase 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter S2 in den Aus-Zustand übergeht, während der Schalter S1 jedoch noch nicht eingeschaltet wird. Der von der Drossel L_R weiterhin getriebene Strom fließt demnach aus dem Trapezkondensator C_t durch die Drossel L_R zur Last R_L. Das Potenzial am Halbbrückenmittelpunkt wird linear auf Null abgebaut. Der Beginn der Phase 2 entspricht dem Beginn der Totzeit t_dead.
Der Übergang von Phase 2 auf Phase 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trapez-Kondensator entladen ist. Die Freilaufdiode D1 wird leitend und klemmt die Spannung am Halbbrückenmittelpunkt auf circa –0,7 V. Der Strom fließt nunmehr über die Freilaufdiode D1, die Drossel L_R zur Last R_L. Mit Bezug auf Kurvenzug d) fließt demnach ein negativer Strom I_S ab dem Zeitpunkt, ab dem die Freilaufdiode D1 leitend geworden ist. Erreicht dieser eine Schwelle I_Thres, so wird dies gemäß dem Stand der Technik verwendet, um den Einschaltvorgang des Schalters S1 auszulösen. Der Einschaltvorgang des Schalters S1 stellt den Beginn der Phase 4 dar. Der Zeitraum zwischen dem Beginn der Phase 2 und dem Ende der Phase 3 stellt die Totzeit t_dead dar. Die Phase 3 bezeichnet das Zeitintervall, innerhalb dessen der Schalter S1 schaltentlastet geschaltet werden kann. Die über dem Schalter S1 abfallende Spannung U_HBM ist innerhalb dieses Zeitraums gleich Null.
In der Phase 4 beginnt nun der Strom durch den Schalter S1 zu fließen, wodurch der Stromfluss in der Phase 4, siehe Kurvenzug d), bis zum Abschalten des Schalters S1 näherungsweise sinusförmig verläuft.
Die mit jeweiligem hochgestellten Strich gekennzeichneten Kurvenverläufe ergeben sich bei einer Vergrößerung der Last R_L, d. h. mit Bezug auf 2 bei Last 2). Demnach fällt nach einem Ausschaltvorgang des Schalters S2 das Potenzial am Halbbrückenmittelpunkt deutlich langsamer, siehe U'_HBM in Kurvenzug b). Zum Zeitpunkt, zu dem die Spannung U'_HBM das Massepotenzial erreicht, ist der negative Strompeak des Stroms I'_S, siehe Kurvenzug e), jedoch nicht negativ genug, um den Schwellwert I_Thres zu erreichen. Dadurch wird ein Schaltvorgang des Schalter S1, siehe den Verlauf S1' in Kurvenzug c), erst nach Erreichen der maximalen vorgebbaren Zeitdauer t_timeout ausgelöst.
Beim Einschalten des Schalters S1, siehe Verlauf S1', tritt nun ein nadelförmiger Strom I'_S auf, der aus der Entladung des Trapezkondensators C_t herrührt. Da zu diesem Zeitpunkt U'_HBM nicht mehr gleich Null ist, wird der Schalter S1 nicht schaltentlastet geschaltet.
Während Kurvenzug d) und e), wie erwähnt, bei einer ersten Betriebsfrequenz f_R gleich f_R2 für die Schalter der Halbbrücke aufgezeichnet wurden, wird nunmehr für Kurvenzug f) eine zweite Betriebsfrequenz f_R größer f_R2 gewählt. Durch die Erhöhung der Frequenz f_R steigt der negative Stromimpuls zu dem Zeitpunkt, zu dem das Potenzial am Halbbrückenmittelpunkt auf Null geht, an, vergleiche Kurvenzug f) mit Kurvenzug e). Die Schwelle I_Thres wird wieder erreicht und ein schaltentlastetes Einschalten des Schalters S1 ermöglicht.
4 zeigt in schematischer Darstellung einen Signalflussgrafen zur Regelung der Totzeit t_dead. Das Verfahren startet im Schritt 100. Im Schritt 120 wird geprüft, ob die mittels der Zeitmessvorrichtung gemessene Totzeit t_dead gleich der vorgebbaren Zeitdauer t_timeout ist.
Ist dies der Fall, so wird im Schritt 140 die Frequenz f_R, mit der die Schalter der Halbbrücke betrieben werden, erhöht. Anschließend wird Schritt 120 wiederholt. Durch die Maßnahme von Schritt 140 wird, siehe 2, die Resonanzfrequenz wieder weiter in den induktiven Bereich verschoben. Dies resultiert in einer größeren negativen Stromamplitude bei einer Übernahme durch die Freilaufdiode, wodurch die Totzeitregelung wieder funktioniert.
Wird im Schritt 120 jedoch festgestellt, dass die Totzeit t_dead kleiner als die vorgegebene Zeitdauer t_timeout ist, so wird in Schritt 160 geprüft, ob die aktuelle Betriebsfrequenz f_R größer als eine nominale Betriebsfrequenz f_nom ist. Die nominale Betriebsfrequenz f_nom stellt eine minimale Betriebsfrequenz des elektronischen Vorschaltgeräts dar. Wird festgestellt, dass die aktuelle Betriebsfrequenz f_R über der nominalen Betriebsfrequenz f_nom liegt, so wird im Schritt 180 die Betriebsfrequenz f_R reduziert und anschließend zum Start zurückverzweigt.
Wird in Schritt 160 jedoch festgestellt, dass die nominale Betriebsfrequenz f_nom erreicht wurde, so wird ohne eine Änderung der aktuellen Betriebsfrequenz f_R zum Start zurückverzweigt.
Die Ausführung der Schritte 160, 180 ist insbesondere von Bedeutung, wenn zunächst eine Lampe mit einer höheren Brennspannung an dem elektronischen Vorschaltgerät betrieben wurde und deren Brennspannung anschließend, beispielsweise durch thermische Effekte, abgesunken ist. Ohne eine Regelung auf die nominale Betriebsfrequenz f_nom würde die Lampe in diesem Fall dauerhaft bei erhöhter Frequenz und somit bei reduzierter Leistung betrieben werden. So ermöglicht der in 4 dargestellte Regelungszusammenhang zum einen ein Funktionieren der Totzeitregelung, zum anderen einen Betrieb jeder an das elektronische Vorschaltgerät angeschlossenen Lampe mit der optimalen Betriebsfrequenz.
Das jeweilige Erreichen der vorgebbaren Zeitdauer t_timeout lässt sich besonders einfach digital erfassen. Die Erhöhung der Halbbrückenfrequenz kann je nach Implementation digital erfolgen, beispielsweise durch digitale PWM-Register für die Einschaltzeiten der Schaltelemente, oder analog durch einen Offset am Eingang eines VCO oder CCO.
Der in 4 dargestellt Ablauf sollte allerdings ausschließlich im Brennbetrieb und nicht während der Vorheizung oder der Zündung der Entladungslampe aktiviert werden, um ungewollte Wechselwirkungen mit anderen Schutz- und Regelmechanismen zu vermeiden.
Wie für den Fachmann offensichtlich, kann der Trapezkondensator C_t und der Koppelkondensator C_C auch an anderer Stelle angeordnet sein. Überdies können auch mehrere Trapezkondensatoren und Koppelkondensatoren, wie für den Fachmann offensichtlich, vorgesehen sein.

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (R_L), mit – einem Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung (U_Zw); – einem Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe (R_L); – einem Wechselrichter (10) mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S2) und einem zweiten elektronischen Schalter (S1) und einer Steuervorrichtung (12) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S2) und des zweiten elektronischen Schalters (S1) derart, dass der erste (S2) und der zweite elektronische Schalter (S1) abwechselnd mit einer ersten Frequenz (f_R) leitend geschaltet werden, wobei der erste (S2) und der zweite Schalter (S1) seriell zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt sind, wobei der erste elektronische Schalter (S2) mit dem ersten Eingangsanschluss (E1) und der zweite elektronische Schalter (S1) mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, wobei zwischen dem ersten (E2) und dem zweiten elektronischen Schalter (E1) ein erster Brückenmittelpunkt (HBM) ausgebildet ist; – einer Strommessvorrichtung (R_S) zur Messung des Stroms (I_S) zumindest durch den zweiten elektronischen Schalter (S1); – einer Lampendrossel (L_R), die seriell zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; – zumindest einem Trapezkondensator (C_t), der parallel zu einem der beiden elektronischen Schalter (S1; S2) gekoppelt ist; und – zumindest einem Koppelkondensator (C_C) zum Ankoppeln der Last; wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Strommessvorrichtung (R_S) gekoppelt ist und ausgelegt ist, den zweiten elektronischen Schalter (S1) leitend zu schalten, a) falls ein vorgebbarer negativer Schwellwert (I_Thres) des Stroms (I_S) durch den zweiten elektronischen Schalter (S1) nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters (S2) überschritten wird; oder b) falls der vorgebbare negative Schwellwert (I_Thres) des Stroms (I_S) durch den zweiten elektronischen Schalter (S1) nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters (S2) nicht überschritten wird: nach einer vorgebbaren Zeitdauer (t_timeout); dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, im Fall b) die erste Frequenz (f_R) zu erhöhen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden elektronischen Schalter (S1, S2) eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode umfasst, wobei der Strecke Arbeitselektrode-Bezugselektrode eine Freilaufdiode (D2, D1) parallel geschaltet ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufdiode (D2, D1) eine Bodydiode des elektronischen Schalters (S2, S1) darstellt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufdiode (D2, D1) eine diskrete Diode darstellt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) einen Speicher umfasst, in dem die vorgebbare Zeitdauer (t_timeout) abgelegt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) eine Zeitmessvorrichtung umfasst, die ausgelegt ist, die Zeitdauer nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters (S2) bis zum Leitend-Schalten des zweiten elektronischen Schalters (S1) zu bestimmen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt ist: c1) falls die gemessene Zeitdauer (t_dead) gleich der vorgebbaren Zeitdauer (t_timeout) ist (Schritt 120): Erhöhe die erste Frequenz (f_R) um einen vorgebbaren Schritt (Schritt 140).
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) weiterhin zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt ist: c2) Wiederhole Schritt c1) jedenfalls solange, bis die gemessene Zeitdauer (t_dead) kleiner als die vorgebbare Zeitdauer (t_timeout) ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) weiterhin zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt ist: d1) falls die gemessene Zeitdauer (t_dead) kleiner als die vorgebbare Zeitdauer (t_timeout) ist (Schritt 160): Erniedrige die erste Frequenz (f_R) um einen vorgebbaren Schritt (Schritt 180).
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) weiterhin zur Durchführung des folgenden Schritts ausgelegt ist: d2) Wiederhole Schritt d1) solange, bis ein vorgebbarer Wert für die erste Frequenz (f_R) erreicht ist.
Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe (R_L) an einem elektronischen Vorschaltgerät mit einem Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung (U_Zw); einem Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe (R_L); einem Wechselrichter (10) mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S2) und einem zweiten elektronischen Schalter (S1) und einer Steuervorrichtung (12) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S2) und des zweiten elektronischen Schalters (S1) derart, dass der erste (S2) und der zweite elektronische Schalter (S1) abwechselnd mit einer ersten Frequenz (f_R) leitend geschaltet werden, wobei der erste (S2) und der zweite Schalter (S1) seriell zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt sind, wobei der erste elektronische Schalter (S2) mit dem ersten Eingangsanschluss (E1) und der zweite elektronische Schalter (S1) mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, wobei zwischen dem ersten (S2) und dem zweiten elektronischen Schalter (S1) ein erster Brückenmittelpunkt (HBM) ausgebildet ist; einer Strommessvorrichtung (R_S) zur Messung des Stroms (I_S) zumindest durch den zweiten elektronischen Schalter (S1); einer Lampendrossel (L_R), die seriell zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; zumindest einem Trapezkondensator (C_t), der parallel zu einem der beiden elektronischen Schalter (S1; S2) gekoppelt ist; und zumindest einem Koppelkondensator (C_C), zum Ankoppeln der Last; wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Strommessvorrichtung (R_S) gekoppelt ist und ausgelegt ist, den zweiten elektronischen Schalter (S1) leitend zu schalten, a) falls ein vorgebbarer negativer Schwellwert (I_Thres) des Stroms (I_S) durch den zweiten elektronischen Schalter (S1) nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters (S2) überschritten wird; oder b) falls der vorgebbare negative Schwellwert (I_Thres) des Stroms (I_S) durch den zweiten elektronischen Schalter (S1) nach dem Sperrend-Schalten des ersten elektronischen Schalters (S2) nicht überschritten wird: nach einer vorgebbaren Zeitdauer (t_timeout); gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Erhöhen der ersten Frequenz (f_R) im Fall b) (Schritt 140).