DE102009053617A1

DE102009053617A1 - Elektronisches Vorschaltgerät und Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE102009053617A1
Application number: DE102009053617A
Authority: DE
Inventors: Olaf Busse; Siegfried Mayer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-05-19
Also published as: WO2011061053A1; CN202857113U; KR20120005923U; EP2468078B1; EP2468078A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) 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 midnestens 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 (HBM1) zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist; einer Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM1) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist, mindestens einem Trapezkondensator (C), der parallel zu einem der elektronischen Schalter (S1, S2) gekoppelt ist; einem Resonanzkondensator (C), der parallel zum ersten (A1) und zweiten Ausgangsanschluss (A2) gekoppelt ist; einer Steuervorrichtung (12) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S1) und deAnsteuersignal (AL, AH), wobei das Ansteuersignal (AL, AH) während einer Vorheizphase (T) einer ersten (W1) und einer zweiten Wendel (W2) zumindest einer zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten Ausgangsanschluss (A2) angeschlossenen Entladungslampe (La) eine Betriebsfrequenz ...

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, 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, einer Lampendrossel, die zwischen den ersten Brückenmittelpunkt und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, mindestens einem Trapezkondensator, der parallel zu einem der elektronischen Schalter gekoppelt ist, einem Resonanzkondensator, der parallel zum ersten und zweiten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung zumindest des ersten und des zweiten elektronischen Schalters mit einem Ansteuersignal, wobei das Ansteuersignal während einer Vorheizphase einer ersten und einer zweiten Wendel zumindest einer zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss angeschlossenen Entladungslampe eine Betriebsfrequenz aufweist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, während einer Zündphase der Entladungslampe die Betriebsfrequenz abzusenken, und einer Heizvorrichtung, die mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Heizvorrichtung weiterhin mit dem ersten Brückenmittelpunkt gekoppelt und ausgelegt ist, die erste und die zweite Wendel der Entladungslampe zu heizen. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe.
Stand der Technik
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problematik ergibt sich aus der Auslegung von so genannten Multilampen-EVGs (elektronische Vorschaltgeräte), das heißt elektronischen Vorschaltgeräten, für den Betrieb unterschiedlicher Entladungslampen, insbesondere Niederdruckentladungslampen. Bei einem typischen Multilampen-EVG reicht der Leistungsbereich der damit betreibbaren Entladungslampen beispielsweise von 14 W bis zu 80 W.
Dabei werden standardmäßig die Wendeln der mindestens einen, an das elektronische Vorschaltgerät angeschlossenen Entladungslampe während einer Vorheizphase beheizt. Kurz vor Beginn der Zündphase wird die Beheizung der Wendeln abgeschaltet. Um die entsprechenden Schaltvorgänge auszuführen, ist bei bekannten gattungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräten die Steuervorrichtung als ASIC (application specific integrated circuit) realisiert, wobei eine derartige integrierte Schaltung als so genannte Zustandsmaschine arbeitet. Danach können Zustände nur seriell abgearbeitet werden, vorliegend also zunächst die Vorheizphase, anschließend die Zündphase.
Da die Versorgungsgleichspannung unabhängig von der jeweils angeschlossenen Entladungslampe ist, besteht die einzige Möglichkeit zur Anpassung an die jeweils angeschlossene Entladungslampe darin, die Betriebsfrequenz des Ansteuersignals für den ersten und den zweiten elektronischen Schalter zu variieren. Entsprechend reicht das Spektrum der Betriebsfrequenzen im genannten Beispiel von 90 kHz (für 14 W-Lampen) bis zu 45 kHz (für 80 W-Lampen).
Nun sind dabei jedoch unterschiedliche Randbedingungen zu erfüllen: Einerseits wird zur Erzeugung möglichst geringer Verluste der Resonanzkondensator klein gewählt, beispielsweise 2,2 nF. Da bei gattungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräten mit besonders hohem Wirkungsgrad bevorzugt aktive Bauteile, insbesondere die Steuervorrichtung, aus einer Wechselspannungquelle im Lastkreis, bevorzugt dem Trapezkondensator, mit Energie versorgt werden, ist dieser so zu dimensionieren, dass er bei der unteren Grenzfrequenz, im Beispiel also bei ca. 45 kHz, ausreichend Strom zur Verfügung stellt. Er sollte deshalb möglichst groß dimensioniert werden; im Beispiel etwa 1 nF.
Das Verhältnis aus der Kapazität des Resonanzkondensators zur Kapazität des Trapezkondensators bestimmt die Steilheit der Flanke der Spannung U_HBM am ersten Brückenmittelpunkt der Brückenschaltung. Mit Bezug auf 1 zeigt Kurvenzug 1) den Verlauf für ein großes genanntes Verhältnis, Kurvenzug 2) für ein kleines genanntes Verhältnis. Wie der Darstellung von 1 weiterhin zu entnehmen ist, reduziert sich beim Kurvenzug 2) der Zeitraum t_S2 im Vergleich zum Zeitraum t_S1. Je kleiner dieses Verhältnis demnach ist, desto schwieriger ist es, ein schaltentlastetes Umschwingen der Brückenschaltung sicher zu stellen, da der das Umschwingen auslösende Schaltvorgang innerhalb der Zeiträume t_S1, t_S2 zu erfolgen hat.
Wird der Schaltvorgang vorgenommen, wenn die Spannung U_HBM am ersten Brückenmittelpunkt noch oder bereits wieder ungleich Null ist, so wird „hart” geschaltet. Dies resultiert in unerwünschten Verlusten und in einer übermäßigen Beanspruchung und damit einer Verkürzung der Lebenszeit der beteiligten Bauteile.
Besonders kurz ist der Zeitraum t_S2 beim Betrieb mit hohen Frequenzen. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass die Schalter der Brückenschaltung zum Zwecke der Vorheizung und der Zündung mit deutlich höheren Frequenz betrieben werden müssen als wie für den oben angebenen Normalbetrieb. Insbesondere dann, wenn eine Entladungslampe mit geringer Leistung an das elektronische Vorschaltgerät angeschlossen ist, darf die Frequenz während der Heizung der Wendeln der Entladungslampe überdies nicht zu niedrig werden, da sonst die Gefahr einer Frühzündung besteht, wenn die OCV (Open Circuit Voltage) der Entladungslampe überschritten wird.
In der Summe lässt sich also festhalten, dass sich gerade bei Auslegung des elektronischen Vorschaltgeräts hinsichtlich Verlust, zuverlässiger Hilfsspannungsquelle und Vermeidung der Gefahr einer Frühzündung ein Spannungsverlauf der Spannung U_HBM am ersten Halbbrückenmittelpunkt ergibt, der tendenziell dem Kurvenzug 2) in 1 gleicht, tatsächlich sogar noch eine kürzere Phase t_S2 aufweist. Dies resultiert darin, dass ein derartig ausgelegtes elektronisches Vorschaltgerät unter Berücksichtigung von üblicherweise schwankender Versorgungsgleichspannung – sie wird ja meist aus der bekannt schwankenden Netzspannung abgeleitet –, Toleranz der Bauteile, Umgebungstemperatur, Lampenalterung usw. nur äußerst schwierig bei unterschiedlichen, daran angeschlossenen Entladungslampen im schaltentlasteten Betrieb betrieben werden kann. Wie Analysen ergeben haben, ist dies besonders kritisch im Bereich der Zündphase.
Um einen schaltentlasteten Betrieb sicher zu stellen, wurde im Stand der Technik deshalb der Resonanzkondensator größer ausgelegt wurde, als eigentlich gewünscht, mit der Konsequenz erhöhter Verluste.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät beziehungsweise ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass ein zuverlässiger schaltentlasteter Betrieb bei möglichst geringen Verlusten insbesondere auch in der Zündphase der Entladungslampe sicher gestellt 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 ein sicheres Umschwingen, entsprechend einem zuverlässigen schaltentlasteten Betrieb, auch bei kleinem Verhältnis aus Kapazität des Resonanzkondensators zu Kapazität des Trapezkondensator sichergestellt werden kann, wenn im Lastkreis des elektronischen Vorschaltgeräts, das heißt insbesondere durch die Lampendrossel, stets ein ausreichend großer Strom fließt, der die nötige Blindenergie für das Umschwingen der Brückenschaltung bereitstellt. Eine genauere Analyse der Vorgehensweise beim Stand der Technik führt zu der Erkenntnis, dass dort aufgrund des Abschaltens des Verbrauchers, d. h. der aus dem Lastkreis gespeisten Wendelheizung, vor dem Beginn der Zündphase der Entladungslampe zu einem rapiden Abfall der im Lastkreis vorhandenen Blindenergie führt. Dies ist die eigentliche Ursache für die Probleme des Stands der Technik. Da erfindungsgemäß die Heizung der Wendeln über den Beginn der Zündphase hinaus aktiviert bleibt, ergibt sich kein Einbruch bei der Leistungsabnahme aus dem Lastkreis, da die Heizvorrichtung nach wie vor daraus versorgt wird. Demnach ist genügend Blindenergie für ein zuverlässiges Umschalten der Brückenschaltung vorhanden.
Genau betrachtet wurde demnach im Stand der Technik die Brückenschaltung noch während der Vorheizung schaltentlastet betrieben, da durch das Beheizen der Wendeln Energie verbraucht wurde. Beim Übergang von der Wendelheizung in die Zündphase wurde die Heizung – vor Beginn der Zündphase – abgeschaltet. Dadurch wurde im Ausgangskreis keine Leistung verbraucht, da die Entladungslampe ja noch nicht durchgezündet hatte. Durch die fehlende Leistungsabnahme war der Strom durch die Lampendrossel klein und somit im Lastkreis wenig Blindenergie vorhanden. Dadurch verlängerte sich das Umschwingen des Stroms durch die Lampendrossel. Dies konnte soweit führen, dass die Spannung U_HBM am ersten Brückenmittelpunkt nicht mehr Null wurde. Die Schalter der Brückenschaltung schalteten damit nicht mehr schaltentlastet. In der Brückenschaltung flossen Querströme, die bei entsprechender Überwachung sogar zur Abschaltung des elektronischen Vorschaltgeräts führen konnten.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Vorheizung der Wendeln in die Zündphase hinein fortgesetzt wird, fließt auch in dieser Phase ein ausreichend großer Strom im Lastkreis. Es ist daher eine ausreichende Menge an Blindenergie vorhanden, die zu einem sicheren Umschwingen der Schaltungsanordnung nach der Zündung der Entladungslampe sorgt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass bei einem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät der Resonanzkondensator klein dimensioniert werden kann, was zu einer Reduktion der Verlustleistung führt. Durch die Beheizung der Wendeln während der Zündung lassen sich überdies die Schaltzahlen der Entladungslampe deutlich erhöhen, da die Entladungslampe bei niedrigerer Spannung zündet. Dies ergibt sich dadurch, dass vorliegend durch den Weiterbetrieb der Heizvorrichtung die Zündung bei höheren Temperaturen erfolgt als im Stand der Technik, da bei höheren Temperaturen mehr Elektronen vorhanden sind. Überdies wird bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Lampendrossel nicht so stark belastet wie im Stand der Technik, da die Belastungswechsel nicht sprunghaft sind, sondern kontinuierlich. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Lebensdauer.
Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts besteht darin, dass damit auch Lampenersatzwiderstände ohne Übernahmeproblem betrieben werden können, da durch die Erfindung Lastsprünge nach dem Vorheizen in Verbindung mit hohen Betriebsfrequenzen der Brückenschaltung durch den Weiterbetrieb der Heizvorrichtung zuverlässig verhindert werden.
Bevorzugt wird die Beheizung der Wendeln aufrechterhalten bis die Entladungslampe gezündet hat. Nach der Zündung fließt nämlich ohnehin ein ausreichend großer Strom im Ausgangskreis, der die Umschwingzeiten reduziert und gewährleistet, dass die Schalter der Brückenschaltung schaltentlastet betrieben werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Zeitraum ab dem Beginn der Absenkung der Betriebsfrequenz mindestens 20 ms, bevorzugt mindestens 50 ms, noch bevorzugter mindestens 100 ms. Dabei ist die Dauer des vorbestimmten Zeitraums mit der Geschwindigkeit korreliert, mit der die Betriebsfrequenz abgesenkt wird Bereits eine kurzzeitige Überlappung der Heiz- und der Zündphase bringt Vorteile im Hinblick auf ein verbessertes Umschwingen der Brückenschaltung des elektronischen Vorschaltgeräts. Dies lässt sich tendenziell mit einer Verlängerung des Zeitraums noch weiter verbessern. So ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorbestimmte Zeitraum derart bemessen, dass er sich bis nach dem Zeitpunkt der Zündung der Entladungslampe erstreckt.
Vor ihrer Absenkung, das heißt während der Vorheizphase, beträgt die Betriebsfrequenz zwischen 100 und 150 kHz. Bei Zündung der Entladungslampe beträgt die Betriebsfrequenz bevorzugt zwischen 50 und 100 kHz.
Die Steuervorrichtung ist bevorzugt ausgelegt, die Betriebsfrequenz nach Zündung der Entladungslampe auf eine Nominalfrequenz einzustellen. Diese kann zwischen 40 und 95 kHz betragen.
Wie bereits erwähnt, kann das elektronische Vorschaltgerät weiterhin eine Hilfsspannungsquelle umfassen, die zu ihrer Versorgung, insbesondere unter Verwendung einer Ladungspumpe, mit einem Trapezkondensator gekoppelt ist. Dies stellt eine Möglichkeit bereit, besonders verlustarm eine Spannungsquelle zu realisieren, deren Amplitude deutlich geringer ist als die der Versorgungsgleichspannung. Besonders bevorzugt ist, wie erwähnt, die Steuervorrichtung zu ihrer Versorgung mit der Hilfsspannungsquelle gekoppelt.
Überdies kann die Steuervorrichtung ausgelegt sein, die Heizvorrichtung zu deaktivieren, sobald eine Zündung der Entladungslampe feststellbar ist. Eine Zündung der Entladungslampe kann auf einfache Weise durch Überwachung der Lampenbrennspannung festgestellt werden. Da nach Zündung der Lampe im Lastkreis ein großer Strom fließt, also ein Verbraucher vorhanden ist, kann die Heizvorrichtung ohne Weiteres abgeschaltet werden, ohne ein sicheres Umschwingen der Brückenschaltung zu gefährden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, sofern anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf der Spannung U_HBM am ersten Brückenmittelpunkt bei unterschiedlicher Dimensionierung des Resonanzkondensators nach dem Stand der Technik;
2 in schematischer Darstellung den Aufbau eines gattungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts;
3 den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Größen des Aufbau von 2 bei einer Auslegung des elektronischen Vorschaltgeräts nach dem Stand der Technik;
4 den zeitlichen Verlauf der Betriebsfrequenz im Ansteuersignal der elektronischen Schalter der Brückenschaltung der Schaltungsanordnung von 2 bei einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßem Auslegung; und
5 den zeitlicher Verlauf verschiedener elektrischer Größen des Aufbaus von 2 bei einer erfindungsgemäßen Auslegung des elektronischen Vorschaltgeräts.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
2 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines elektronischen Vorschaltgeräts. Dieser Aufbau ist an und für sich aus dem Stand der Technik bekannt, wobei sich die Erfindung in einer, in 2 zunächst nicht erkennbaren Auslegung der noch einzuführenden Steuervorrichtung 12 widerspiegelt.
Das in 2 dargestellte elektronische Vorschaltgerät umfasst einen Eingang mit einem ersten E1 und einem zweiten Eingangsanschluss E2, zwischen denen eine Versorgungsgleichspannung, bevorzugt die so genannte Zwischenkreisspannung U_Zw, angelegt ist. Zur Stützung der Zwischenkreisspannung U_Zw ist dem Eingang ein Speicherkondensator C₁ parallelgeschaltet. Der Speicherkondensator C₁ speist einen Wechselrichter 10, der eine Brückenschaltung umfasst, die vorliegend als Halbbrückenanordnung realisiert ist. Diese umfasst ihrerseits die Serienschaltung eines elektronischen Schalters S1 und eines elektronischen Schalters S2, zwischen denen ein erster Halbbrückenmittelpunkt HBM1 ausgebildet ist, sowie zwei Koppelkondensatoren C_K1 sowie C_K2, zwischen denen ein zweiter Halbbrückenmittelpunkt HBM2 ausgebildet ist. Eine Lampendrossel L1 ist zwischen den ersten Halbbrückenmittelpunkt HBM1 und einen ersten Ausgangsanschluss A1 des elektronischen Vorschaltgeräts gekoppelt. Ein zweiter Ausgangsanschluss A2 ist mit dem zweiten Halbbrückenmittelpunkt HBM2 gekoppelt. Zwischen den Ausgangsanschlüssen A1, A2 ist eine Entladungslampe La gekoppelt, die eine erste W1 und eine zweite Wendel W2 umfasst. Parallel zum Schalter S2 ist ein Trapezkondensator C_T gekoppelt. Ein Resonanzkondensator C_R ist zwischen den ersten Ausgangsanschluss A1 und das Bezugspotential gekoppelt, das vorliegend der zweite Eingangsanschluss E2 darstellt. Das elektronische Vorschaltgerät umfasst überdies eine Steuervorrichtung 12, die über einen Ausgang AL den Schalter S2 sowie über einen Ausgang AH den Schalter S1 mit einem Ansteuersignal ansteuert, das eine Betriebsfrequenz aufweist.
Das in 2 dargestellte elektronische Vorschaltgerät umfasst weiterhin eine Heizvorrichtung. Zu diesem Zweck ist die Serienschaltung der Primärwicklung La eines Transformators TR, eines Kondensators C₂ sowie eines elektronischen Schalters S3 zwischen den ersten Halbbrückenmittelpunkt HBM1 und das Bezugspotential gekoppelt. Eine erste Sekundärwicklung Lb1 ist mit der ersten Wendel W1 der Entladungslampe La, eine zweite Sekundärwicklung Lb2 ist mit der zweiten Wendel W2 der Entladungslampe La gekoppelt. Der Schalter S3 wird ebenfalls von der Steuervorrichtung 12 angesteuert und zwar über einen Ausgang AS3. Wird demnach der Schalter S3 leitend geschaltet, fließt ein Strom durch die Primärwicklung La des Transformators Tr, wodurch ein Stromfluss durch die jeweilige Sekundärwicklung Lb1, Lb2 erzeugt wird. Dies führt zu einem Heizen der Wendeln W1, W2 der Entladungslampe La.
Zur Realisierung einer Hilfsspannungsquelle U_H ist ein Einweggleichrichter, der die Dioden D1 und D2 umfasst, mit dem Trapezkondensator C_T gekoppelt. Zur Integration der am Ausgang des Gleichrichters D1, D2 bereitgestellten Spannung dient ein Kondensator C₃, dem eine Zenerdiode Z1 parallelgeschaltet ist. Die Hilfsspannungsquelle U_H ist mit dem Anschluss VCC der Steuervorrichtung 12 gekoppelt und versorgt diese mit Energie.
Die über den Ausgangsanschlüssen A1, A2 abfallende Spannung ist mit U_La bezeichnet, der durch die Lampendrossel L1 fließende Strom mit I_L1, der den Schalter S3 ansteuernde Strom mit I_GS3 sowie der durch den Schalter S2 fließende Strom mit I_S2.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Größen I_GS3, U_La, I_L1, I_S2 bei einer Auslegung des elektronischen Vorschaltgeräts gemäß 2 nach dem Stand der Technik, wobei 3b einen Abschnitt von 3a kurz nach dem Zeitpunkt t₁ in deutlich vergrößerter Auflösung zeigt. Wie aus 3a deutlich zu entnehmen ist, wird der Schalter S3 zum Zeitpunkt t₁ sperrend geschaltet, wodurch die Vorheizung der Wendeln W1, W2 beendet wird. Im Anschluss daran wird die Betriebsfrequenz der Schalter S1, S2 kontinuierlich herabgesetzt, wodurch man sich von oben, d. h. von höheren Frequenzen ausgehend, der Resonanzfrequenz des Lastkreises annähert. Dies führt zu einer Vergrößerung der Spannung U_La, was zum Zeitpunkt t₂ zur Zündung der Entladungslampe La führt. Das Anwachsen der Spannung U_La während des Zeitraums zwischen t₁ und t₂ ist mit einem Anwachsen des Stroms I_S2 korreliert. Nach Zündung der Entladungslampe La zum Zeitpunkt t₂ wächst der Strom I_L1 deutlich an.
Wie 3b zu entnehmen ist, weist der Strom I_S2 Stromspitzen auf, die ein Indiz dafür sind, dass die Schalter S1, S2 der Halbbrückenanordnung nicht weich, d. h. nicht schaltentlastet, geschaltet werden. Wird der Strom I_S2, wie üblich, beispielsweise unter Verwendung eines Shunt-Widerstands, gemessen und die über dem Shunt-Widerstand abfallende Spannung der Steuervorrichtung 12 zugeführt, kann die Detektion von derartigen Stromspitzen zu einem Abschalten des elektronischen Vorschaltgeräts führen.
4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Betriebsfrequenz in den Ansteuersignalen, die an den Ausgängen AH, AL der Steuervorrichtung 12 an die Schalter S1, S2 bei einer erfindungsgemäßen Auslegung des elektronischen Vorschaltgeräts gemäß 2 bereitgestellt werden. Demnach beträgt die Betriebsfrequenz f bis zum Zeitpunkt t₁ den Wert f_heat, die üblicherweise zum Vorheizen verwendete Frequenz. Zum Zeitpunkt t₁, das heißt zu Beginn der Zündphase, wird die Betriebsfrequenz f allmählich abgesenkt, bis zum Zeitpunkt t₂ die Zündung der Entladungslampe La erfolgt. Daraufhin wird die Betriebsfrequenz f auf eine Nominalfrequenz f_nom abgesenkt. Die Zündphase erstreckt sich vorliegend über den Zeitraum, der zwischen t₂ und t₁ liegt und vorliegend mit T_Z bezeichnet ist. Während im Stand der Technik der Schalter S3 zum Zeitpunkt t₁ sperrend geschaltet wurde, erstreckt sich vorliegend die Heizphase T_heat über den Zeitpunkt t₁ hinaus; sie kann sich, wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, sogar über den Zeitpunkt t₂ hinaus erstrecken.
Bei einer Auslegung des in 2 dargestellten elektronischen Vorschaltgeräts gemäß 4, ergeben sich die in 5 dargestellten zeitlichen Verläufe der elektronischen Größen U_La, I_GS3, I_L1, I_S2., wobei 5b wiederum einen Abschnitt von 5a kurz nach dem Zeitpunkt t₁ in deutlich vergrößerter Auflösung zeigt. Der Beginn der Zündphase ist wiederum mit t₁ gekennzeichnet, der Zeitpunkt der Zündung mit t₂. Wie am Verlauf des Stroms I_GS3 erkennbar ist, werden nunmehr die Wendeln W1, W2 der Entladungslampe La bis zum Zeitpunkt t₃, das heißt deutlich über den Zeitpunkt t₂ der Zündung der Entladungslampe La hinaus, geheizt.
5b zeigt in vergrößerter Auflösung den besonders gekennzeichneten Bereich von 5a, kurz vor der Zündung der Entladungslampe La in vergrößerter Auflösung. Wie am Verlauf des Stroms I_S2 deutlich zu erkennen ist, sind nunmehr keine Stromspitzen mehr vorhanden; die Schalter S1, S2 der Halbbrückenanordnung werden demnach weich geschaltet.

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) 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 (La); – einer Brückenschaltung (10) 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 (HBM1) zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist; – einer Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM1) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; – mindestens einem Trapezkondensator (C_T), der parallel zu einem der elektronischen Schalter (S1, S2) gekoppelt ist; – einem Resonanzkondensator (C_R), der parallel zum ersten (A1) und zweiten Ausgangsanschluss (A2) gekoppelt ist; – einer Steuervorrichtung (12) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S1) und des zweiten elektronischen Schalters (S2) mit einem Ansteuersignal (AL, AH), wobei das Ansteuersignal (AL, AH) während einer Vorheizphase (T_heat) einer ersten (W1) und einer zweiten Wendel (W2) zumindest einer zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten Ausgangsanschluss (A2) angeschlossenen Entladungslampe (La) eine Betriebsfrequenz (f) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, während einer Zündphase (T_Z) der Entladungslampe (La) die Betriebsfrequenz (f) abzusenken; und – einer Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂), die mit der Steuervorrichtung (12) gekoppelt ist, wobei die Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂) weiterhin mit dem ersten Brückenmittelpunkt (HBM1) gekoppelt und ausgelegt ist, die erste (W1) und die zweite Wendel (W2) der Entladungslampe (La) zu heizen; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂) zumindest während eines vorbestimmten Zeitraums der Zündphase (T_Z) zu aktivieren.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Zeitraum (t₃ – t₂) ab dem Beginn der Absenkung der Betriebsfrequenz (f) mindestens 20 ms, bevorzugt mindestens 50 ms, noch bevorzugter mindestens 100 ms beträgt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Zeitraum (t₃ – t₂) derart bemessen ist, dass er sich bis nach den Zeitpunkt der Zündung der Entladungslampe (La) erstreckt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz (f) vor ihrer Absenkung zwischen 100 und 150 kHz beträgt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz (f) bei Zündung der Entladungslampe (La) zwischen 50 und 100 kHz beträgt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Betriebsfrequenz (f) nach Zündung der Entladungslampe (La) auf eine Nominalfrequenz (f_nom) einzustellen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nominalfrequenz (f_nom) zwischen 40 und 95 kHz beträgt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Vorschaltgerät weiterhin eine Hilfsspannungsquelle (U_H) umfasst, die zu ihrer Versorgung, insbesondere unter Verwendung einer Ladungspumpe, mit einem Trapezkondensator (C_T) gekoppelt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) zu ihrer Versorgung mit der Hilfsspannungsquelle (U_H) gekoppelt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂) zu deaktivieren, sobald eine Zündung der Entladungslampe (La) feststellbar ist.
Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) 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 (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 (HBM1) zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist; einer Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (HBM1) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; mindestens einem Trapezkondensator (C_T), der parallel zu einem der elektronischen Schalter (S1, S2) gekoppelt ist; einem Resonanzkondensator (C_R), der parallel zum ersten (A1) und zweiten Ausgangsanschluss (A2) gekoppelt ist; einer Steuervorrichtung (12) zur Ansteuerung zumindest des ersten (S1) und des zweiten elektronischen Schalters (S2) mit einem Ansteuersignal (AL, AH), wobei das Ansteuersignal (AL, AH) während einer Vorheizphase (T_heat) einer ersten (W1) und einer zweiten Wendel (W2) zumindest einer zwischen dem ersten (A1) und den zweiten Ausgangsanschluss (A2) angeschlossenen Entladungslampe (La) eine Betriebsfrequenz (f) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, während einer Zündphase (T_Z) der Entladungslampe (La) die Betriebsfrequenz (f) abzusenken; und einer Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂), die mit der Steuervorrichtung (12) gekoppelt ist, wobei die Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂) weiterhin mit dem ersten Brückenmittelpunkt (HBM1) gekoppelt und ausgelegt ist, die erste (W1) und die zweite Wendel (W2) der Entladungslampe (La) zu heizen; gekennzeichnet durch folgenden Schritt: Aktivieren der Heizvorrichtung (T_R, La, Lb1, Lb2, S3, C₂) zumindest während eines vorbestimmten Zeitraums der Zündphase (T_Z).