DE102009055179A1 - Ansteuerschaltung für ein Betriebsgerät für Leuchtmittel - Google Patents

Ansteuerschaltung für ein Betriebsgerät für Leuchtmittel Download PDF

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    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/282Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/2825Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage
    • H05B41/2827Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage using specially adapted components in the load circuit, e.g. feed-back transformers, piezoelectric transformers; using specially adapted load circuit configurations

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Abstract

Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Wechselrichter aufweisend zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter (Q30, Q31), der aus einer Gleichspannung versorgt wird, an den ein resonanter Ausgangskreis mit zumindest einer Induktivität (Lr) zum Betreiben mindestens eines Leuchtmittels (Lamp) angeschlossen ist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter (Q30, Q31) durch eine Koppelung mit dem Ausgangskreis angesteuert wird, wobei die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters (Q30, Q31) für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmitteln, mit einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtmitteln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
  • Technisches Gebiet
  • Derartige Betriebsgeräte für Leuchtmittel werden zur Beleuchtung genutzt und in Beleuchtungssystemen verwendet, um die Leuchtmittel schonend zu betreiben und eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Beispielsweise werden dabei Leuchtstofflampen als Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert und deren Wendeln geheizt.
  • Stand der Technik
  • Bei modernen Beleuchtungssystemen werden oftmals durch die zentrale Steuereinheit digitale Steuerbefehle an die Betriebsgeräte übersendet. Durch diese externen Steuerbefehle lassen sich insbesondere Helligkeitswerte vorgeben, um verschiedene Beleuchtungszustände zu erreichen. Um eine Vorheizung für die Gasentladungslampen zu ermöglichen, werden oft spezielle Heizschaltungen angewendet.
  • Die DE 3835533 A1 zeigt eine derartige Heizschaltung, allerdings ist hier ein Heißleiter zur Vorgabe der Vorheizzeit erforderlich. Ein solcher Heißleiter weist hohe Streuungen auf und ist zudem stark von der Umgebungstemperatur abhängig.
  • Darstellung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Betriebsgerät mit einer Ansteuerschaltung bereitzustellen, welches ohne die oben genannten Nachteile auskommt bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und für ein Verfahren gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Betriebsgerät für Leuchtmittel weist mit einem Wechselrichter zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter auf, der aus einer Gleichspannung versorgt wird, an den ein resonanter Ausgangkreis mit zumindest einer Induktivität zum Betrieben mindestens eines Leuchtmittels angeschlossen ist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter durch eine Koppelung mit dem Ausgangkreis angesteuert wird, und wobei die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöht.
  • Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels ermöglicht, mit einem Wechselrichter aufweisend zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter, der einen resonanten Ausgangkreis mit mindestens einem Leuchtmittel speist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter durch eine Koppelung mit dem Ausgangkreis angesteuert wird, wobei die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöht.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Beleuchtungsanlage unter Nutzung der erfindungsgemäßen Betriebsgeräte.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 ein Betriebsgerät gemäß der Erfindung
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eines Betriebsgerätes erläutert.
  • 1 zeigt den Teil eines Betriebsgerätes für Leuchtmittel, insbesondere Leuchtstofflampen. Da Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Wechselrichter kann zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter (Q30, Q31) aufweisen, der aus einer Gleichspannung versorgt wird, an den ein resonanter Ausgangkreis mit zumindest einer Induktivität (Lr) zum Betrieben mindestens eines Leuchtmittels (Lamp) angeschlossen ist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter (Q30, Q31) durch eine Koppelung mit dem Ausgangkreis angesteuert wird, wobei die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters (Q30, Q31) für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöhen kann.
  • Die Kopplung kann durch eine magnetische Kopplung, insbesondere durch eine sekundäre Wicklung an eine in Serie mit dem Ausgangskreis geschaltete Induktivität (CT) erfolgen.
  • Die Dämpfung kann durch eine Verringerung des Sättigungslevels der Induktivität (CT) erfolgen. Die Dämpfung kann durch das Vorschalten eines ohmschen Widerstandes (Rb3, Ra3) erfolgen. Der vorgeschaltete ohmsche Widerstand (Rb3, Ra3) kann nach Ablauf der vorbestimmte Zeit durch einen Schalter (Mb1, Mb2) überbrückt werden. Die Dauer der vorbestimmten Zeit kann durch ein Zeitglied (Rb2, Cb1; Ra2, Ca1) vorgegeben werden, welches dem Steuereingang des Schalters (Mb1, Mb2) vorgeschaltet sein kann. Dem Zeitglied (Rb2, Cb1; Ra2, Ca1) kann eine Diode (Db1, Db2) vorgeschaltet sein, die eine Entladung des Zeitgliedes (Rb2, Cb1; Ra2, Ca1) über den Aufladepfad (Rb2, Ra2) verhindert.
  • Der aktiv gesteuerte Schalter (Q30, Q31) kann ein Bipolartransistor oder auch ein MOSFET oder IGBT sein. Antiparallel zu dem aktiv gesteuerten Schalter (Q30, Q31) kann eine Freilaufdiode (D30, D31) angeordnet sein, um beispielsweise in einer Freilaufphase einen Stromfluß übernehmen zu können.
  • Die vorbestimmte Zeit kann die Dauer der Vorheizphase bestimmen.
  • Das Leuchtmittel (Lamp) kann eine Leuchtstofflampe sein.
  • Ein Kondensator (Cr) kann in Serie zu den Wendeln der Leuchtstofflampe angeschlossen sein. Somit kann zum Vorheizen und/oder Zünden eine Resonanzüberhöhung aus der Reihenschaltung von Kondensator (Cr) und Induktivität (Lr) genutzt werden, wodurch in der Zündphase eine für die Zündung ausreichende Spannung über dem Leuchtmittel erreicht werden kann und es kann während der Vorheizphase eine ausreichende Vorheizenergie in die Wendeln übertragen werden.
  • Die magnetische Kopplung kann über einen Transformator erfolgen, dessen Wicklungen können auf einem Ringkern angeordnet sein. Es kann aber auch die magnetische Kopplung durch eine sekundäre Wicklung direkt an der Induktivität (Lr) des resonanten Ausgangkreises erreicht werden.
  • Der resonante Ausgangkreis kann zumindest einen Koppelkondensator (Cblk1, Cblk2) enthalten, der in Serie mit der Induktivität (Lr) des resonanten Ausgangkreises angeordnet ist. Es ist auch möglich, den Koppelkondensator (Cblk1, Cblk2) auf zwei Kondensatoren aufzuteilen, die als kapazitiver Spannungsteiler zwischen der Gleichspannung (Vdc) und Masse angeordnet sind und an deren Mittelpunkt der resonante Ausgangkreis angeschlossen ist.
  • Die Leuchtmittel können in Serien- und/oder Parallelschaltung verbunden sein.
  • Die Gleichspannung (Vdc) kann beispielsweise durch einen an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Gleichrichter erzeugt werden, dem eine Filterschaltung vorgeschaltet sein kann. Dem angeschlossenen Gleichrichter kann eine aktive Leistungsfaktor-Korrekturschaltung wie beispielsweise einen Hochsetzsteller Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (Boost PFC) oder eine Ladepumpen-Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (Active oder Passive Valley Fill Schaltung) nachgeschaltet sein, wobei die Gleichspannung (Vdc) durch diese Leistungsfaktor-Korrekturschaltung erzeugt und stabilisiert werden kann. Die Gleichspannung (Vdc) kann beispielsweise auch durch eine Batteriespannung erzeugt werden.
  • Eine Beleuchtungsanlage kann ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät verwenden, wobei sich die Lebensdauer der eingesetzten Leuchtmittel durch die Vorheizung verlängern kann.
  • Der Wechselrichter kann beispielsweise ein isolierter Sperrwandler (Flyback Konverter), eine Vollbrücke, eine Halbbrücke oder ein Gegentaktwandler (Push-Pull Konverter) sein.
  • Die Ansteuerschaltung zumindest eines aktiven Schalters (Q31) kann über eine Anlaufschaltung verfügen. Diese Anlaufschaltung kann durch einen Schwellwertschalter (DB3TG, R1, C1) gebildet werden. Der Schwellwertschalter kann einen Diac (DB3TG) nutzen, der eine vorgegebene Durchbruchspannung hat.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels ermöglicht, mit einem Wechselrichter aufweisend zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter (Q30, Q31), der einen resonanter Ausgangkreis mit mindestens einem Leuchtmittel (Lamp) speist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter (Q30, Q31) durch eine Koppelung mit dem Ausgangkreis angesteuert wird, wobei die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters (Q30, Q31) für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3835533 A1 [0004]

Claims (13)

  1. Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Wechselrichter aufweisend zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter (Q30, Q31), der aus einer Gleichspannung versorgt wird, an den ein resonanter Ausgangkreis mit zumindest einer Induktivität (Lr) zum Betrieben mindestens eines Leuchtmittels (Lamp) angeschlossen ist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter (Q30, Q31) durch eine Koppelung mit dem Ausgangkreis angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters (Q30, Q31) für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöht.
  2. Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung durch eine magnetische Kopplung, insbesondere durch eine sekundäre Wicklung an eine in Serie mit dem Ausgangskreis geschaltete Induktivität (CT) erfolgt.
  3. Betriebsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung durch eine Verringerung des Sättigungslevels der Induktivität (CT) erfolgt.
  4. Betriebsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung durch das Vorschalten eines ohmschen Widerstandes (Rb3, Ra3) erfolgt.
  5. Betriebsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeschaltete ohmsche Widerstand (Rb3, Ra3) nach Ablauf der vorbestimmte Zeit durch einen Schalter (Mb1, Mb2) überbrückt wird.
  6. Betriebsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der vorbestimmte Zeit durch ein Zeitglied (Rb2, Cb1; Ra2, Ca1) vorgegeben wird, welches dem Steuereingang des Schalters (Mb1, Mb2) vorgeschaltet ist.
  7. Betriebsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zeitglied (Rb2, Cb1; Ra2, Ca1) eine Diode (Db1, Db2) vorgeschaltet ist, die eine Entladung des Zeitgliedes (Rb2, Cb1; Ra2, Ca1) über den Aufladepfad (Rb2, Ra2) verhindert.
  8. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeit die Dauer der Vorheizphase bestimmt.
  9. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (Lamp) eine Leuchtstofflampe ist.
  10. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (Cr) in Serie zu den Wendeln der Leuchtstofflampe angeschlossen ist.
  11. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass magnetische Kopplung über einen Transformator erfolgt, dessen Wicklungen auf einem Ringkern angeordnet sind.
  12. Beleuchtungsanlage dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels, mit einem Wechselrichter aufweisend zumindest einen aktiv gesteuerten Schalter (Q30, Q31), der einen resonanten Ausgangkreis mit mindestens einem Leuchtmittel (Lamp) speist, wobei der aktiv gesteuerte Schalter (Q30, Q31) durch eine Koppelung mit dem Ausgangkreis angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des aktiv gesteuerten Schalters (Q30, Q31) für eine vorbestimmte Zeit gedämpft wird, so dass sich dessen Ansteuerfrequenz erhöht.
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