DE102009047714A1 - Circuit arrangement and method for operating at least one discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) mit einem Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung (UZw); einem Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe (La); einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2), wobei eine Serienschaltung des ersten (S1) und des zweiten elektronischen Schalters (S2) unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts (HBM) zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist; einem LRC-Resonanzlastkreis mindestens zweiter Ordnung mit einer Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist, und mindestens einem, parallel zu einem der elektronischen Schalter (S1, S2) gekoppelten Trapezkondensator (CT); und einer Steuervorrichtung (10) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S1) und des zweiten elektronischen Schalters (S2) mit einem Ansteuersignal (AH, AL), wobei das Ansteuersignal (AH, AL) eine Betriebsfrequenz (f) zum Betrieb des LRC-Resonanzlastkreises im Frequenzbereich mit induktiver Phasenlage aufweist; wobei die Schaltungsanordnung weiterhin umfasst: eine Ermittlungsvorrichtung (L2), die ausgelegt ist, die zeitliche Ableitung. des Stroms (IS2) durch zumindest einen der elektronischen Schalter (S1, S2) zu ermitteln; und eine Vergleichsvorrichtung (R2, D3, R3, S3, C1, R4), die mit der Ermittlungsvorrichtung (L2) gekoppelt und ausgelegt ist, den Wert der zeitlichen Ableitung des Stroms (IS2) durch zumindest einen der elektronischen Schalter. (S1, S2) gegen einen vorgebbaren Schwellwert zu vergleichen, wobei die Vergleichsvorrichtung (R2, D3, R3, S3, C1, R4) weiterhin ausgelegt ist, bei Feststellung eines Überschreitens des vorgebbaren Schwellwerts die Steuervorrichtung (10) derart anzusteuern, dass diese die Betriebsfrequenz (f) des Ansteuersignals (AH, AL) erhöht. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) an einer derartigen Schaltungsanordnung.The present invention relates to a circuit arrangement for operating at least one discharge lamp (La) having an input with a first (E1) and a second input terminal (E2) for coupling to a DC supply voltage (U Zw ); an output having a first (A1) and a second output terminal (A2) for coupling to the at least one discharge lamp (La); a bridge circuit having at least a first (S1) and a second electronic switch (S2), wherein a series connection of the first (S1) and the second electronic switch (S2) to form a first bridge center (HBM) between the first (E1) and the second input terminal (E2) is coupled; a second order LRC resonant load circuit having a lamp inductor (L1) coupled between the first bridge center (HBM) and the first output terminal (A1) and at least one trapezoidal capacitor coupled in parallel with one of the electronic switches (S1, S2) ( C T ); and a control device (10) for driving at least the first (S1) and the second electronic switch (S2) with a drive signal (AH, AL), wherein the drive signal (AH, AL) an operating frequency (f) for operating the LRC resonant load circuit in the frequency range with inductive phase position; the circuit arrangement further comprising: a determining device (L2) designed to derive the time derivative. the current (I S2 ) by at least one of the electronic switches (S1, S2) to determine; and a comparator (R2, D3, R3, S3, C1, R4) coupled to the determining device (L2) and adapted to derive the value of the time derivative of the current (I S2 ) by at least one of the electronic switches. (S1, S2) to compare against a predetermined threshold value, wherein the comparison device (R2, D3, R3, S3, C1, R4) is further designed to control the control device (10) upon detection of exceeding the predetermined threshold value such that this Operating frequency (f) of the drive signal (AH, AL) increased. It also relates to a corresponding method for operating at least one discharge lamp (La) on such a circuit arrangement.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung 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, einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektronischen Schalter, wobei eine Serienschaltung des ersten und des zweiten elektronischen Schalters unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, einem LRC-Resonanzlastkreis mindestens zweiter Ordnung mit einer Lampendrossel, die zwischen den ersten Brückenmittelpunkt und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und mindestens einem, parallel zu einem der elektronischen Schalter gekoppelten Trapezkondensator, und einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung zumindest des ersten und des zweiten elektronischen Schalters mit einem Ansteuersignal, wobei das Ansteuersignal eine Betriebsfrequenz zum Betrieb des LRC-Resonanzlastkreises im Frequenzbereich mit induktiver Phasenlage aufweist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe.The present invention relates to a circuit arrangement for operating at least one discharge lamp having an input with a first and a second input terminal for coupling with a DC supply voltage, an output having a first and a second output terminal for coupling to the at least one discharge lamp, a bridge circuit having at least one first and a second electronic switch, wherein a series circuit of the first and second electronic switches is coupled to form a first bridge center between the first and second input terminals, a second order LRC resonant load circuit having a lamp inductor connected between the first bridge center and the first bridge center Output terminal is coupled, and at least one, parallel to one of the electronic switch coupled trapezoidal capacitor, and a control device for controlling at least the first and the second electr onischen switch with a drive signal, wherein the drive signal has an operating frequency for operating the LRC resonant load circuit in the frequency range with inductive phase position. It also relates to a corresponding method for operating at least one discharge lamp.
Stand der TechnikState of the art
Typische Lastkreise für Entladungslampen, insbesondere Niederdruckentladungslampen, sind LRC (L = Induktivität, R = Widerstand, C = Kapazität)-Resonanzkreise, die bei Frequenzen oberhalb ihrer Resonanzfrequenz betrieben werden. Als Treiber derartiger Lastkreise werden üblicherweise Halbbrücken- oder Brückenschaltungen verwendet.Typical load circuits for discharge lamps, in particular low-pressure discharge lamps, are LRC (L = inductance, R = resistance, C = capacitance) resonant circuits which are operated at frequencies above their resonance frequency. Half-bridge or bridge circuits are commonly used as drivers of such load circuits.
Um ein weiches Schalten, ein sogenanntes Soft Switching, der Schalter der Brückenschaltung sicherzustellen, das heißt ein verlustloses Schalten, ist es nötig, eine bestimmte Menge an Blindleistung bereitzustellen. Bei einer entsprechenden Auslegung der Schaltungsanordnung müssen Überlastbedingungen, Bauteiletoleranzen, Schwankungen der Versorgungsgleichspannung sowie der Lampentemperatur und überdies die Modifikation verschiedener Parameter infolge der Lampenalterung berücksichtigt werden. Dies führt dazu, dass im Normalbetrieb, das heißt im Betrieb weit weg vom worst case, üblicherweise große Mengen an Blindleistung vorhanden sind. Die Übertragung dieser großen Mengen an Blindleistung verursacht unerwünschte Verluste.In order to ensure soft switching, so-called soft switching, the switch of the bridge circuit, that is a lossless switching, it is necessary to provide a certain amount of reactive power. With an appropriate design of the circuit overload conditions, component tolerances, fluctuations in the DC supply voltage and the lamp temperature and, moreover, the modification of various parameters due to the lamp aging must be considered. This means that in normal operation, ie in operation far away from the worst case, usually large amounts of reactive power are available. The transmission of these large amounts of reactive power causes unwanted losses.
Falls in der Schaltungsanordnung nicht genügend Blindleistung vorhanden ist, dann schalten die Schalter der Brückenschaltung hart, sogenanntes Hard Switching, wodurch unerwünscht hohe Stromspitzen, Verluste und elektromagnetische Störungen verursacht werden. Ein Betrieb nahe der Resonanzfrequenz des LRC-Lastkreises ist überdies erwünscht, da dann ein Maximum an Energie an den LRC-Lastkreis übertragen werden kann.If insufficient reactive power is present in the circuit arrangement, then the switches of the bridge circuit turn hard, so-called hard switching, which causes undesirably high current peaks, losses and electromagnetic interference. Operation near the resonant frequency of the LRC load circuit is also desirable because then maximum energy can be transferred to the LRC load circuit.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung beziehungsweise ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass ein weiches Schalten bei möglichst wenig zu übertragender Blindleistung und weitgehend unabhängig von verschiedenen Randbedingungen, wie Lampentemperatur, Lampenalterung, Bauteiletoleranzen, ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore to improve a generic circuit arrangement or a generic method such that a soft switching with as little reactive power to be transmitted and largely independent of various boundary conditions, such as lamp temperature, lamp aging, component tolerances, is possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 10.This object is achieved by a circuit arrangement having the features of
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Kommutieren des Stroms von einem ersten auf einen zweiten elektronischen Schalter der Brückenschaltung zunächst ein Strom durch die Freilaufdiode des leitend zu schaltenden Schalters fließt, bevor dieser Schalter selbst leitend geschaltet wird. Der Zeitraum während der beide Schalter sperrend geschaltet sind, wird als Totzeit bezeichnet. Der zweite Schalter wird in dem Zeitraum eingeschaltet, während dem Strom durch seine Freilaufdiode fließt, um ein weiches Schalten zu gewährleisten. Dieser Zeitraum ist umso größer, je mehr Blindleistung im Lastkreis vorhanden ist. Ein Teil der Blindleistung dient dazu, den Trapezkondensator umzuladen. Der weitere Überschuss an Blindleistung wird über die Freilaufdioden in die Versorgung zurückgespeist.The present invention is based on the finding that during commutation of the current from a first to a second electronic switch of the bridge circuit, first a current flows through the freewheeling diode of the switch to be turned on, before this switch itself is turned on. The period during which both switches are switched off is called dead time. The second switch is turned on in the period during which current flows through its freewheeling diode to ensure smooth switching. This period is greater the more reactive power is present in the load circuit. Part of the reactive power is used to reload the trapezoidal capacitor. The further excess of reactive power is fed back into the supply via the freewheeling diodes.
Ist nicht mehr ausreichend Blindleistung vorhanden, scheitert ein Umladen des Trapezkondensators, wodurch der leitend zu schaltende Schalter hart geschaltet wird. Die vorliegende Erfindung basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass ein hartes Schalten durch einen Peak im Strom durch den leitend geschalteten Schalter erkennbar ist. Dieser weist darauf hin, dass die Betriebsfrequenz des Ansteuersignals für die Schalter der Halbbrücke zu nahe an der Resonanzfrequenz liegt, das heißt dazu tendiert vom induktiven Bereich in den kapazitiven Bereich abzusinken.If there is no longer sufficient reactive power, a recharging of the trapezoidal capacitor fails, as a result of which the switch to be switched conductive is hard-wired. The present invention is based, in particular, on the finding that a hard switching through a peak in the current can be recognized by the switched-on switch. This indicates that the operating frequency of the drive signal for the switches of the half-bridge is too close to the resonance frequency, that is, tends to sink from the inductive range into the capacitive range.
Die vorliegende Erfindung umfasst deshalb eine Ermittlungsvorrichtung, die ausgelegt ist, die zeitliche Ableitung des Stroms durch zumindest einen der elektronischen Schalter zu ermitteln. Sie umfasst weiterhin eine Vergleichsvorrichtung, die mit der Ermittlungsvorrichtung gekoppelt und ausgelegt ist, den Wert der zeitlichen Ableitung des Stroms durch zumindest einen der elektronischen Schalter gegen einen vorgebbaren Schwellwert zu vergleichen. Wird ein Überschreiten dieses vorgebbaren Schwellwerts festgestellt, steuert die Vergleichsvorrichtung die Steuervorrichtung derart an, dass diese die Betriebsfrequenz des Ansteuersignals erhöht. Dadurch wird der Lastkreis wieder im induktiven Bereich betrieben, wodurch die erwähnten Peaks und damit ein hartes Schalten der Schalter vermieden wird. Durch diese Vorgehensweise ist ein Betrieb der Schaltungsanordnung dicht an der Resonanzfrequenz, jedoch auf der induktiven Seite davon, möglich. Dies resultiert darin, dass die Schaltungsanordnung mit minimaler Blindleistung betrieben werden kann. Als Folge davon lassen sich die Leistungsbauteile, wie Spulen, Kondensatoren, Schalter und so weiter, kleiner dimensionieren. Überdies können einfachere Schaltungskonzepte realisiert werden, beispielsweise die Integration des Vorheizens in die Lampendrossel.The present invention therefore comprises a detection device which is designed to determine the time derivative of the current through at least one of the electronic switches. she further comprises a comparison device which is coupled to the determination device and is adapted to compare the value of the time derivative of the current through at least one of the electronic switches against a predefinable threshold value. If an exceeding of this predefinable threshold value is determined, the comparison device controls the control device in such a way that it increases the operating frequency of the drive signal. As a result, the load circuit is operated again in the inductive range, whereby the mentioned peaks and thus a hard switching of the switches is avoided. By doing so, operation of the circuitry close to the resonant frequency but on the inductive side thereof is possible. This results in that the circuit arrangement can be operated with minimum reactive power. As a result, the power components, such as coils, capacitors, switches and so on, can be made smaller. Moreover, simpler circuit concepts can be realized, for example the integration of preheating into the lamp inductor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgelegt, die Betriebsfrequenz zu erhöhen. Dies kann durch eine feine Bemessung vorgebbarer Schritte bei digitaler Realisierung oder durch eine stufenlose Regelung bei einer analogen Realisierung erfolgen. Damit wird ein Betrieb der Schaltungsanordnung nahe am Optimum ermöglicht, das heißt im Hinblick auf die vorliegende Problematik bei minimaler Blindleistung, wobei dennoch ein weiches Schalten gewährleistet werden kann.In a preferred embodiment, the control device is designed to increase the operating frequency. This can be done by fine dimensioning predefinable steps in digital implementation or by a continuous control in an analog implementation. Thus, an operation of the circuit arrangement is made possible close to the optimum, that is, in view of the present problem with minimal reactive power, while still a soft switching can be ensured.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgelegt, die Betriebsfrequenz ausgehend von einem vorgebbaren Anfangswert, insbesondere in vorgebbaren Schritten oder stufenlos, zu verringern, solange kein Überschreiten des vorgebbaren Schwellwerts durch den Wert der zeitlichen Ableitung des Stroms durch zumindest einen der elektronischen Schalter festgestellt wird. Diese Maßnahme dient dazu, die Betriebsfrequenz ausgehend von einem Wert, bei dem sicher genügend Blindleistung im Lastkreis vorliegt, zur Erreichung des Optimums allmählich in kritische Bereiche abzusenken. Auch hier ermöglicht eine feine Dimensionierung der vorgebbaren Schritte ein zuverlässiges Auffinden des Optimums, unabhängig von den bereits erwähnten variierenden Betriebsparametern.In a further preferred embodiment, the control device is designed to reduce the operating frequency on the basis of a predefinable initial value, in particular in predefinable steps or steplessly, as long as no exceeding of the predefinable threshold value is determined by the value of the time derivative of the current through at least one of the electronic switches , This measure serves to gradually lower the operating frequency from a value at which sufficient reactive power is present in the load circuit to critical regions in order to achieve the optimum. Here, too, a fine dimensioning of the predefinable steps enables a reliable finding of the optimum, independently of the already mentioned varying operating parameters.
Bevorzugt umfasst die Ermittlungsvorrichtung einen seriell zum ersten oder zweiten elektronischen Schalter gekoppelten Shunt-Widerstand. Zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung des Stroms durch zumindest einen der elektronischen Schalter ist demnach die über dem Shunt-Widerstand abfallende Spannung zu differenzieren. Deshalb umfasst die Ermittlungsvorrichtung weiterhin bevorzugt eine Differenziervorrichtung, die ausgelegt ist, die zeitliche Ableitung des Stroms durch den Shunt-Widerstand zu ermitteln.Preferably, the detection device comprises a shunt resistor coupled serially to the first or second electronic switch. In order to determine the time derivative of the current through at least one of the electronic switches, the voltage drop across the shunt resistor must therefore be differentiated. Therefore, the determining device preferably further comprises a differentiating device which is designed to determine the time derivative of the current through the shunt resistor.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Ermittlungsvorrichtung eine Induktivität umfasst, die seriell zum ersten oder zweiten elektronischen Schalter gekoppelt ist. Diese Variante macht sich den Umstand zunutze; dass die über der Induktivität abfallende Spannung der zeitlichen Ableitung des Stroms durch die Induktivität proportional ist, das heißt U = L·di/dt. Eine zusätzliche Differenziervorrichtung, wie bei der Auswertung des Stroms durch einen Shunt-Widerstand, kann daher bei dieser Ausführungsform entfallen.However, it is particularly preferred if the determining device comprises an inductance which is coupled in series to the first or second electronic switch. This variant takes advantage of the circumstance; the voltage drop across the inductance is proportional to the time derivative of the current through the inductance, that is, U = L * di / dt. An additional differentiating device, as in the evaluation of the current through a shunt resistor, can therefore be dispensed with in this embodiment.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vergleichsvorrichtung einen Spannungsteiler, der zumindest der Induktivität parallel geschaltet ist, wobei der Abgriffspunkt des Spannungsteilers mit der Steuerelektrode eines steuerbaren Widerstands gekoppelt ist. Durch diese Maßnahme lässt sich auf einfache Weise der vorgebbare Schwellwert für die zeitliche Ableitung des Stroms durch zumindest einen der elektronischen Schalter festlegen. Bevorzugt ist die Anordnung so ausgelegt, dass der steuerbare Widerstand bei Überschreiten des erwähnten vorgebbaren Schwellwerts die Steuervorrichtung derart ansteuert, dass diese die Betriebsfrequenz erhöht.In a preferred embodiment, the comparison device comprises a voltage divider, which is connected in parallel at least the inductance, wherein the tapping point of the voltage divider is coupled to the control electrode of a controllable resistor. By means of this measure, it is possible in a simple manner to determine the predefinable threshold value for the time derivative of the current through at least one of the electronic switches. Preferably, the arrangement is designed so that the controllable resistor when the above-mentioned predefinable threshold value is exceeded activates the control device in such a way that it increases the operating frequency.
Der Spannungsteiler kann weiterhin eine Diode umfassen, wobei die Diode zwischen den mit der Induktivität gekoppelten Anschluss des Spannungsteilers und den Abgriffspunkt des Spannungsteilers gekoppelt ist. Durch diese Maßnahme kann berücksichtigt werden, dass für verschiedene Steueraufgaben der Steuervorrichtung die Ermittlung des Stroms durch einen der elektronischen Schalter benötigt wird, das heißt nicht dessen zeitliche Ableitung. Wird nun zu diesem Zweck ein Shunt-Widerstand seriell zur Induktivität gekoppelt, insbesondere derart, dass die Induktivität zwischen den zweiten elektronischen Schalter und den Shunt-Widerstand gekoppelt ist, so lässt sich durch die Diode der Spannungsabfall am Shunt-Widerstand bei Maximalstrom berücksichtigen und stört daher die Auswertung der zeitlichen Ableitung dieses Stroms durch eine wie erwähnt ausgelegte Vergleichsvorrichtung nicht.The voltage divider may further comprise a diode, wherein the diode between the coupled to the inductance terminal of the voltage divider and the tapping point of the voltage divider is coupled. By this measure, it can be considered that for different control tasks of the control device, the determination of the current through one of the electronic switches is required, that is not its time derivative. If, for this purpose, a shunt resistor is coupled serially to the inductance, in particular in such a way that the inductance is coupled between the second electronic switch and the shunt resistor, the voltage drop at the shunt resistor at maximum current can be taken into account and disturbed by the diode Therefore, the evaluation of the time derivative of this stream by a comparison device designed as mentioned not.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen die Arbeitselektrode des steuerbaren Widerstands und die Steuervorrichtung eine Vorrichtung zur Mittelwertbildung gekoppelt. Damit werden Pulse am Eingang des steuerbaren Widerstands nicht an seinen Ausgang, der mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist, übertragen.In a preferred embodiment, a device for averaging is coupled between the working electrode of the controllable resistor and the control device. Thus, pulses at the input of the controllable resistor are not transmitted to its output, which is coupled to the control device.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.The preferred embodiments presented with reference to the circuit arrangement according to the invention and their advantages apply correspondingly, as far as applicable, to the method according to the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:In the following, an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. These show:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Zwischen den Schaltern S1, S2 ist ein Halbbrückenmittelpunkt HBM ausgebildet, der über eine Lampendrossel L1 mit einem ersten Ausgangsanschluss A1 gekoppelt ist. Zwischen den ersten Ausgangsanschluss A1 und den zweiten Ausgangsanschluss A2 ist eine Entladungslampe La gekoppelt. Parallel zur Entladungslampe La ist ein Resonanzkondensator CR gekoppelt. Zwischen den zweiten Ausgangsanschluss A2 und den zweiten Eingangsanschluss E2 ist ein Koppelkondensator CK gekoppelt. Parallel zum zweiten Schalter S2 ist ein Trapezkondensator CT gekoppelt.Between the switches S1, S2, a half-bridge center HBM is formed, which is coupled via a lamp inductor L1 to a first output terminal A1. Between the first output terminal A1 and the second output terminal A2, a discharge lamp La is coupled. Parallel to the discharge lamp La, a resonance capacitor C R is coupled. Between the second output terminal A2 and the second input terminal E2, a coupling capacitor C K is coupled. Parallel to the second switch S2, a trapezoidal capacitor C T is coupled.
Wie für den Fachmann offensichtlich sind andere Ausführungen von LRC-Resonanzkreisen möglich. Lediglich beispielhaft sei erwähnt, dass die Anzahl und Position von Trapezkondensator(en), Koppelkondensator(en) und Resonanzkondensator(en) verändert werden kann, ohne dass dies einen Einfluss auf die vorliegende Erfindung hätte.As will be apparent to those skilled in the art, other embodiments of LRC resonant circuits are possible. By way of example only, the number and position of the trapezoidal capacitor (s), coupling capacitor (s), and resonant capacitor (s) may be varied without affecting the present invention.
Zur Messung des Stroms durch den zweiten Schalter S2 ist ein Shunt-Widerstand R1 vorgesehen, der seriell zum Schalter S2 gekoppelt ist. Zwischen den Schalter S2 und den Shunt-Widerstand R1 ist eine Induktivität L2 gekoppelt. Die über der Induktivität L2 abfallende Spannung UL2 ist proportional zur zeitlichen Ableitung des Stroms Ist durch die Induktivität L2. Die Spannung UL2 wird ebenso wie die Spannung UR1, die über dem Shunt-Widerstand R1 abfällt, einer Verarbeitungsvorrichtung
Zur Funktionsweise: Ist der Schalter S1 leitend geschaltet, fließt zunächst der Strom im Kreis S1, L1, La. Wird nun der Schalter S1 sperrend geschaltet, treibt die Lampendrossel L1 den Strom weiter. Dadurch wird zunächst der Trapezkondensator CT umgeladen. Wenn dieser umgeladen ist, wird die Diode D2 leitfähig, wodurch die Spannung über dem Schalter S2 nahezu Null wird. Der Schalter S2 muss während der Phase, während der die Diode D2 leitet, leitend geschaltet werden, um ein weiches Schalten zu gewährleisten.How it works: If the switch S1 is turned on, the current first flows in the circle S1, L1, La. If the switch S1 is now switched to blocking, the lamp inductor L1 continues to drive the current. As a result, first the trapezoidal capacitor C T is reloaded. When it is recharged, the diode D2 becomes conductive, causing the voltage across the switch S2 to become almost zero. The switch S2 must be turned on during the phase during which the diode D2 conducts to ensure smooth switching.
Wird der Schalter S2 leitend geschaltet, fließt der Strom zunächst über den Schalter S2, die Lampendrossel L1 und die Entladungslampe La. Dabei wird der Kondensator CR aufgeladen. Das Potential am Halbbrückenmittelpunkt HBM sinkt auf nahezu 0 V. Da das Potential am Punkt N infolge des aufgeladenen Kondensators CR größer als 0 V ist, fließt anschließend ein Strom von der Entladungslampe La über den Punkt N, die Lampendrossel L1 durch den Schalter S2.If the switch S2 is turned on, the current first flows through the switch S2, the lamp inductor L1 and the discharge lamp La. At this time, the capacitor CR is charged. The potential at the half-bridge center HBM drops to almost 0 V. Since the potential at point N is greater than 0 V as a result of the charged capacitor C R , then a current flows from the discharge lamp La via the point N, the lamp inductor L1 through the switch S2.
Um möglichst viel Leistung zur Entladungslampe zu übertragen, wird die Betriebsfrequenz f der Ansteuersignale für die Schalter S1, S2 möglichst weit in Richtung der Resonanzfrequenz des LRC-Lastkreises abgesenkt. Dadurch ist wenig überschüssige Blindenergie im Lastkreis vorhanden, wodurch sich nur geringe Verluste ergeben.In order to transmit as much power as possible to the discharge lamp, the operating frequency f of the drive signals for the switches S1, S2 is lowered as far as possible in the direction of the resonance frequency of the LRC load circuit. As a result, there is little excess reactive energy in the load circuit, resulting in only small losses.
Dies führt jedoch dazu, dass nach dem Sperrendschalten des Schalters S1 der Strom durch die Lampendrossel L1 so klein ist, dass er nicht mehr ausreicht, um den Trapezkondensator CT vollständig umzuladen. Dadurch ist zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter S2 leitend geschaltet wird, die Spannung am Halbbrückenmittelpunkt HBM ungleich Null. Als Konsequenz hiervon wird der Schalter S2 hart geschaltet.However, this leads to the fact that after the blocking of the switch S1, the current through the lamp inductor L1 is so small that it is no longer sufficient to completely recharge the trapezoidal capacitor C T. As a result, at the time when the switch S2 is turned on, the voltage at the half-bridge center HBM is not equal to zero. As a consequence, the switch S2 is switched hard.
In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf die
Wird nun die Betriebsfrequenz f abgesenkt auf einen Bereich in der Nähe von f0, jedoch noch auf der induktiven Seite der Resonanzfrequenz, das heißt f >≈ fo, siehe
Ein noch weiteres Absenken der Betriebsfrequenz f führt zu der Darstellung in
Ein genaues Einstellen der Betriebsfrequenz f, um ein Ergebnis wie in
Wird wie in
Bei einer bevorzugten Realisierung wurde für die Ansteuervorrichtung
Claims (10)
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