DE102009047572A1 - Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe mit einem Eingang mit einem ersten und mit einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung, einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektronischen Schalter, wobei die Serienschaltung aus dem ersten und dem zweiten elektronischen Schalter unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, einem Ausgang zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe, wobei der Ausgang mit dem ersten Brückenmittelpunkt gekoppelt ist, einem Shunt-Widerstand, der seriell zum zweiten elektronischen Schalter gekoppelt ist, und einem dem Shunt-Widerstand zugeordneten Abgriffspunkt zum Abgreifen der im Betrieb über dem Shunt-Widerstand abfallenden Spannung, einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs der mindestens einen Entladungslampe mit einem Eingang zum Zuführen eines Messsignals, einer Vorrichtung zur Zündregelung der mindestens einen Entladungslampe mit einem Eingang zum Zuführen eines Messsignals, und einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung zumindest des ersten und des zweiten elektronischen Schalters, wobei die Steuervorrichtung mit der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung zur Zündregelung gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die Ansteuersignale für zumindest den ersten und den zweiten elektronischen Schalter in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung zur Zündregelung zu modifizieren.
- Stand der Technik
-
1 zeigt in diesem Zusammenhang eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung. Diese weist einen Eingang mit einem ersten E1 und einem zweiten Eingangsanschluss E2 auf, zwischen denen eine Versorgungsgleichspannung, bevorzugt die so genannte Zwischenkreisspannung UZW, angelegt ist. Zwischen die Eingangsanschlüsse E1 und E2 ist die Serienschaltung eines ersten S1 und eines zweiten elektronischen Schalters S2 in Halbbrückenanordnung sowie eines Shunt-Widerstands RS gekoppelt. Zwischen den Schaltern S1, S2 ist ein Halbbrückenmittelpunkt HBM1 ausgebildet, der über eine Induktivität L1 mit einem ersten Ausgangsanschluss A1 gekoppelt ist. Ein weiterhin vorhandener zweiter Halbbrückenmittelpunkt ist in1 nicht dargestellt. Der erste Ausgangsanschluss A1 bildet zusammen mit einem zweiten Ausgangsanschluss A2 einen Ausgang zum Koppeln mit mindestens einer Entladungslampe. - Die Schalter S1, S2 werden in üblicher Weise von einer Kontrollvorrichtung
10 im Gegentakt abwechselnd leitend und sperrend geschaltet, insbesondere mit einer Frequenz ≥ 20 kHz. Zwischen dem Schalter S2 und dem Shunt-Widerstand RS ist ein Abgriffspunkt AP gebildet, der über eine Integratorvorrichtung, die einen Ohmschen Widerstand R3 und einen Kondensator C1 umfasst, zur Zuführung eines Messsignals MS1 mit einem ersten Eingangsanschluss EA1 der Kontrollvorrichtung10 gekoppelt ist. Der Eingangsanschluss EA1 ist über eine Treibervorrichtung12 mit einer Vorrichtung14 zum Ermitteln eines Überlastbetriebs der mindestens einen Entladungslampe gekoppelt. Dem Shunt-Widerstand RS ist ein Spannungsteiler, der die Ohmschen Widerstände R1 und R2 umfasst, parallel geschaltet. Der Abgriffspunkt des Spannungsteilers R1, R2 ist zur Zuführung eines zweiten Messsignals MS2 mit einem zweiten Eingangsanschluss EA2 der Kontrollvorrichtung10 gekoppelt. Das Messsignal MS2 am Eingangsanschluss EA2 wird über eine Treibervorrichtung16 einer Vorrichtung18 zur Zündregelung der mindestens einen Entladungslampe zugeführt. - Vorrichtungen zum Ermitteln eines Überlastbetriebs sowie Vorrichtungen zur Zündregelung sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Dabei ergibt sich die Notwendigkeit einer Zündregelung zum einen dadurch, dass eine vorgebbare maximale Zündspannung nicht überschritten werden darf, um Schäden an einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung zu verhindern. Zum anderen dient eine Zündregelung dazu, dass bei entfernter Entladungslampe die Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Defekten bzw. zur Verhinderung der Gefährdung von Personen, die die Ausgangsanschlüsse A1 und A2 berühren könnten, abgeschaltet wird. Im Rahmen der Zündregelung wird der Scheitelwert ÛS der über dem Shunt-Widerstand RS abfallenden Spannung US ausgewertet.
- Die Notwendigkeit der Ermittlung eines Überlastbetriebs ergibt sich dadurch, dass Schaltungsanordnungen mit einer Konstant-Ausgangsstrom-Charakteristik die nachteilige Eigenschaft aufweisen, Entladungslampen, die aufgrund fertigungsbedingter Verunreinigungen eine zu hohe Brennspannung besitzen, mit deutlich überhöhter Systemleistung zu betreiben. Betroffen sind insbesondere Kompakt-Leuchtstofflampen. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kann es zu einer Überhitzung der Entladungslampe und/oder der Schaltungsanordnung kommen. Dazu wird die Ausgangsleistung Pout im Betrieb der Schaltungsanordnung überwacht. Diese ist bei konstanter Zwischenkreisspannung UZW linear mit dem Mittelwert
I I - Die Steuervorrichtung
20 ist ausgelegt im Rahmen der Zündregelung und der Überlastregelung die Frequenz der Ansteuersignale der Schalter S1 und S2 geeignet zu variieren. - Die Kontrollvorrichtung
10 weist dabei eine Steuervorrichtung20 auf, die mit der Vorrichtung14 zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung18 zur Zündregelung gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung20 ist ausgelegt, die Ansteuersignale für den ersten S1 und den zweiten elektronischen Schalter S2 in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Vorrichtung14 zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung18 zur Zündregelung zu modifizieren. Dabei wird der Shunt-Widerstand RS zum Parametrisieren der Überlastregelung und der Spannungsteiler R1, R2 zum Parametrisieren der Zündregelung verwendet. - Nachteilig an dieser bekannten Schaltungsanordnung ist die Tatsache, dass zur Realisierung der beiden Funktionen – Zündregelung und Überlastregelung – der Kontrollvorrichtung
10 zwei Messsignale zugeführt werden müssen, gemäß1 die Messsignale MS1 und MS2. Dazu sind zwei Messleitungen nötig, wodurch zwei Pins am Gehäuse der Kontrollvorrichtung10 vorzusehen sind. - Darstellung der Erfindung
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine eingangs genannte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, dass eine kostengünstigere Realisierung bei möglichst kleinem Bauraum ermöglicht wird.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn es gelingt, die Realisierung einer Zündregelung und einer Überlastregelung mit nur einer einzigen Messleitung zu ermöglichen. Unumgänglich ist es dabei – trotz Reduktion auf eine einzige Messleitung – eine Möglichkeit bereitzustellen, sowohl die Zündregelung als auch die Überlastregelung getrennt voneinander zu parametrisieren. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass der Eingang der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Eingang der Vorrichtung zur Zündregelung unter Ausbildung eines gemeinsamen Koppelpunkts miteinander gekoppelt sind. Die Schaltungsanordnung umfasst dabei weiterhin mindestens einen Ohmschen Widerstand, der seriell zwischen den dem Shunt-Widerstand zugeordneten Abgriffspunkt und den gemeinsamen Koppelpunkt gekoppelt ist, sowie eine Stromquelle, die mit dem gemeinsamen Koppelpunkt gekoppelt ist.
- Auf diese Weise lässt sich über den Wert des Shunt-Widerstands die Zündregelung parametrisieren und anschließend, bei dann vorgegebenem Wert des Shunt-Widerstands, die Überlastregelung durch den Wert des Ohmschen Widerstands. Durch diese Vorgehensweise muss nur ein Pin an der Kontrollvorrichtung zur Zuführung eines einzigen Messsignals vorgesehen werden. Dies resultiert in einer Kostenreduktion sowie in einer Reduktion des benötigten Bauraums.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgelegt, die Stromquelle während der Phase, während der der zweite elektronische Schalter leitend geschaltet ist, zu deaktivieren, und während der Phase, während der der erste elektronische Schalter leitend geschaltet ist, zu aktivieren. Durch diese Vorgehensweise kann während der Phase, während der der zweite elektronische Schalter leitend geschaltet ist, der Spitzenwert der über dem Shunt-Widerstand abfallenden Spannung ermittelt und zur Zündregelung ausgewertet werden.
- Der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs ist bevorzugt eine Integratorvorrichtung zugeordnet, die dazu dient, einen Mittelwert des Stroms durch den Shunt-Widerstand zu bestimmen. Bevorzugt ist die Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs ausgelegt, das Signal am gemeinsamen Koppelpunkt fortwährend, d. h. unabhängig davon, ob die Stromquelle aktiviert oder deaktiviert ist, auszuwerten. Nach Mittelwertbildung setzt sich dieses Signal zusammen aus einem Anteil, der dem Mittelwert des Stroms durch den Shunt-Widerstand proportional ist, sowie einem Anteil, der der über dem Ohmschen Widerstand infolge der Aktivierung der Stromquelle abfallenden Spannung proportional ist. Aufgrund dieses zweiten Bestandteils kann die Überlastregelung parametrisiert werden, auch nachdem der Shunt-Widerstand bereits zur Parametrisierung der Zündregelung festgelegt wurde.
- Wenngleich die Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs, die Vorrichtung zur Zündregelung und die Steuervorrichtung separat realisiert sein können, so ist es besonders bevorzugt, wenn diese in einer Kontrollvorrichtung zusammengefasst sind. Eine derartige Kontrollvorrichtung ist bevorzugt als ASIC (application specific integrated circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) realisiert.
- Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
- Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe; -
2 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe; und -
3 in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf diverser elektrischer Größen der in2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. - Bevorzugte Ausführung der Erfindung
-
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer nicht dargestellten, zwischen den Ausgangsanschlüssen A1, A2 anschließbaren Entladungslampe. Die Bezugszeichen, die in Zusammenhang mit1 eingeführt wurden, werden für die in2 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung übernommen, soweit sie gleiche oder ähnliche Bauelemente betreffen, und nicht nochmals eingeführt. - Die Vorrichtung
18 zur Zündregelung sowie die Vorrichtung14 zur Ermittlung eines Überlastbetriebs sind eingangsseitig unter Ausbildung eines Koppelpunkts KP miteinander gekoppelt. Insofern wird nur ein einziges Messsignal MS der Kontrollvorrichtung10 zugeführt. Mit dem Koppelpunkt KP gekoppelt ist eine Stromquelle I0, wobei zwischen dem Koppelpunkt KP und die Stromquelle I0 ein Schalter S0 gekoppelt ist, der von der Steuervorrichtung20 , wie nachfolgend noch genauer ausgeführt wird, angesteuert wird. Zwischen den Koppelpunkt KP und den Abgriffspunkt AP ist ein Ohmscher Widerstand R4 gekoppelt; die über dem Ohmschen Widerstand R4 abfallende Spannung ist mit U4 bezeichnet. Der Wert des Widerstands R4 ist sehr viel größer als der Wert des Shunt-Widerstands RS. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Wert des Shunt-Widerstands ≤1 Ω und der Wert des Ohmschen Widerstands R4 ≥ 1 kΩ. - Während der zweite elektronische Schalter S2 leitend geschaltet ist, gilt demnach: Ue = Is × RS.
- Für den Spitzenwert Ûe der Spannung Ue gilt: Ûe = Îs × RS.
- Der Spitzenwert Ûe der Spannung Ue kann zur Zündregelung verwendet werden, wobei die Parametrisierung durch entsprechende Dimensionierung des Shunt-Widerstands RS erfolgt.
- Für die Überlastregelung wird fortwährend der Mittelwert
U U e = (I S × RS + I0 × (ton/T) × R4). - Dabei steht ton für den Zeitraum innerhalb der Periodendauer T, die durch die Frequenz in den Ansteuersignalen der Schalter S1 und S2 definiert ist, während dessen der Schalter S0 leitend geschaltet ist. Dies zeigt, dass auch nach Festlegung des Shunt-Widerstands RS zur Parametrisierung der Zündregelung durch Dimensionierung des Ohmschen Widerstands R4 (bzw. der Stromquelle I0) die Überlastregelung parametrisierbar ist, obwohl der Kontrollvorrichtung
10 nur ein einziges Messsignal, nämlich das Messsignal MS, zugeführt wird. -
3 zeigt in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf diverser Größen der in2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Kurvenzüge a) und b) zeigen dabei jeweils an, wann die Schalter S1 bzw. S2 ein- bzw. ausgeschaltet sind. Kurvenzug c) gibt die Spannung UHBM am Halbbrückenmittelpunkt HBM1 wieder. Wie offensichtlich, wird das Bezugspotential während der Phasen, während derer der Schalter S2 eingeschaltet ist, zum Halbbrückenmittelpunkt HBM1 hochgezogen, sodass das Potential UHBM am Halbbrückenmittelpunkt HBM1 während der Phasen 0 ist, während derer der Schalter S2 eingeschaltet ist. Während der Phasen, während derer der Schalter S1 leitend und der Schalter S2 sperrend geschaltet ist, stellt sich das Potential der Zwischenkreisspannung UZW am Halbbrückenmittelpunkt HBM1 ein. Kurvenzug d) zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung Ue. Während der Phasen, während der der Schalter S2 eingeschaltet ist, weist sie zunächst einen negativen Anteil auf Dieser rührt daher, dass während der Kommutierung ein Anteil des Laststroms zunächst durch eine dem Schalter S2 zugeordnete Freilaufdiode fließt, bevor der Schalter S2 selbst leitend geschaltet wird. Im rein induktiven Betrieb mit hohem Blindleistungsanteil ist der negative Bereich der Spannung Ue groß, geht aber bei hohem Wirkleistungsanteil zurück. Während der Zündung, unmittelbar vor dem Durchbruch der Gasentladungsstrecke der an den Ausgangsanschlüssen A1, A2 angeschlossenen Entladungslampe, d. h. im Zustand hoher Blindleistung und keiner Wirkleistung, heben sich die negativen und positiven Stromintegrale annähernd auf. Die Spannung Ue verläuft im Bereich der Zündung nahezu dreieckförmig. Während der Phase, während der der Schalter S1 leitend geschaltet ist, wird auch der Schalter S0 leitend geschaltet. Infolge des dann fließenden Stroms I0 fällt am Ohmschen Widerstand R4 eine Spannung U4 ab. Die infolge des Stroms I0 über dem Shunt-Widerstand RS abfallende Spannung US ist gegenüber der Spannung U4 vernachlässigbar.
Claims (8)
- Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe mit – einem Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung (UZW); – einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2), wobei die Serienschaltung aus dem ersten (S1) und dem zweiten elektronischen Schalter (S2) unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts (HBM1) zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist; – einem Ausgang (A1, A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe, wobei der Ausgang (A1, A2) mit dem ersten Brückenmittelpunkt (HBM1) gekoppelt ist; – einem Shunt-Widerstand (RS), der seriell zum zweiten elektronischen Schalter (S2) gekoppelt ist, und einem dem Shunt-Widerstand (RS) zugeordneten Abgriffspunkt (AP) zum Abgreifen der im Betrieb über dem Shunt-Widerstand (RS) abfallenden Spannung; – einer Vorrichtung (
14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs der mindestens einen Entladungslampe mit einem Eingang zum Zuführen eines Messsignals (MS); – einer Vorrichtung (18 ) zur Zündregelung der mindestens einen Entladungslampe mit einem Eingang zum Zuführen eines Messsignals (MS); und – einer Steuervorrichtung (20 ) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S1) und des zweiten elektronischen Schalters (S2), wobei die Steuervorrichtung (20 ) mit der Vorrichtung (14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung (18 ) zur Zündregelung gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung (20 ) ausgelegt ist, die Ansteuersignale für zumindest den ersten (S1) und den zweiten elektronischen Schalter (S2) in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Vorrichtung (14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung (18 ) zur Zündregelung zu modifizieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang der Vorrichtung (14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Eingang der Vorrichtung (18 ) zur Zündregelung unter Ausbildung eines gemeinsamen Koppelpunkts (KP) miteinander gekoppelt sind; wobei die Schaltungsanordnung weiterhin umfasst: – mindestens einen ohmschen Widerstand (R4), der seriell zwischen den dem Shunt-Widerstand (RS) zugeordneten Abgriffspunkt (AP) und den gemeinsamen Koppelpunkt (KP) gekoppelt ist; und – eine Stromquelle (I0), die mit dem gemeinsamen Koppelpunkt (KP) gekoppelt ist. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (
20 ) ausgelegt ist, die Stromquelle (I0) während der Phase, während derer der zweite elektronische Schalter (S2) leitend geschaltet ist, zu deaktivieren, und während der Phase, während derer der erste elektronische Schalter (S1) leitend geschaltet ist, zu aktivieren. - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (
18 ) zur Zündregelung ausgelegt ist, das Signal (MS) am gemeinsamen Koppelpunkt (KP) während der Phase auszuwerten, während derer die Stromquelle (I0) deaktiviert ist. - Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung (
14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs eine Integratorvorrichtung (R3, C1) zugeordnet ist. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (
14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs ausgelegt ist, das Signal (MS) am gemeinsamen Koppelpunkt (KP) fortwährend, d. h. unabhängig davon, ob die Stromquelle (I0) aktiviert oder deaktiviert ist, auszuwerten. - Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (
14 ) zum Ermitteln eines Überlastbetriebs, die Vorrichtung (18 ) zur Zündregelung und die Steuervorrichtung (20 ) in einer Kontrollvorrichtung zusammengefasst sind. - Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Wert des Shunt-Widerstands (RS) die Zündregelung parametrisierbar ist.
- Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebenem Wert des Shunt-Widerstands (RS) über den Wert des ohmschen Widerstands (R4) die Überlastregelung parametrisierbar ist.
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