DE102010063867A1 - Ignition control and ignition detection of gas discharge lamps - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Zünden mindestens einer Gasentladungslampe mittels eines Wechselrichters, der einen die Gasentladungslampe aufweisenden Lastkreis mit AC-Spannung versorgt, wobei der Lastkreis einen Resonanzkreis aufweist, wobei das Verfahren aufweist: – Aktivieren eines Lampenstrom-Regelkreises, der direkt oder indirekt den Lampenstrom durch die Gasentladungslampe erfasst und diesen auf einen vorgegeben Sollwert für den Lampenstrom regelt, wobei der Lampenstrom-Regelkreis die Frequenz des Wechselrichters von einer höheren Frequenz aus in Richtung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises verringert, bis die Gasentladungslampe zündet, um unmittelbar nach der Zündung den dann fließenden Lampenstrom auf den Sollwert zu regeln.Method for igniting at least one gas discharge lamp by means of an inverter which supplies an AC voltage to a load circuit comprising the gas discharge lamp, the load circuit having a resonance circuit, the method comprising: activating a lamp current control circuit which directly or indirectly controls the lamp current through the gas discharge lamp detected and regulates this to a predetermined setpoint for the lamp current, the lamp current control circuit reducing the frequency of the inverter from a higher frequency in the direction of the resonance frequency of the resonance circuit until the gas discharge lamp ignites, in order to then immediately after the ignition, the lamp current flowing to the To regulate the setpoint.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und insbesondere ein Vorschaltgerät zur Regelung eines Lampenstroms für Gasentladungslampen, das ein verlässliches Zünden der Gasentladungslampen ohne Lichtblitz gewährleistet. Die Erfindung betrifft weiter eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method and in particular a ballast for controlling a lamp current for gas discharge lamps, which ensures a reliable ignition of the gas discharge lamps without flash of light. The invention further relates to a circuit for carrying out the method.
In bekannten Zündschaltungen (
Dies hat jedoch den Nachteil, dass eine Reaktion auf eine erkannte Zündung, d. h. das Regeln auf den Dimmwert, sehr schnell sein muss, um einen Lichtblitz zu vermeiden. Die Lichtblitzbildung hängt dabei alleine von der Regelgeschwindigkeit ab, mit der eine Steuerschaltung einen Wechselrichter, der die Lampe mit Wechselspannung versorgt, von der Zündfrequenz auf die Frequenz für den Betrieb regelt. Die Frequenz für den Betrieb kann dabei die sein, die für einen sog. „1%-Start” einzustellen ist. Unter „1%-Start” ist dabei zu verstehen, dass ein Lampenstrom eingestellt wird, der unter Berücksichtigung der bekannten Lampenphysik einem Lichtleistungswert von 1% entspricht.However, this has the disadvantage that a response to a detected ignition, i. H. the rules on the dimming value, must be very fast to avoid a flash of light. The light flash depends solely on the control speed, with which a control circuit controls an inverter, which supplies the lamp with AC voltage, from the ignition frequency to the frequency for operation. The frequency for operation can be the one to be set for a so-called "1% start". By "1% start" is to be understood that a lamp current is set, which corresponds to a light power value of 1%, taking into account the known lamp physics.
Insbesondere wenn mehrere Lampen über eine Zündungsschaltung gezündet werden sollen, sollen die Lampen möglichst ohne einen Lichtblitz gezündet werden, wobei jedoch auch die Zündung der Lampen verlässlich erkannt werden soll.In particular, when several lamps are to be ignited via an ignition circuit, the lamps should be ignited if possible without a flash of light, but also the ignition of the lamps should be reliably detected.
Die Erfindung Stellt sich daher die Aufgabe, ein Vorschaltgerät, ein Verfahren zum Zünden mindestens einer Gasentladungslampe sowie eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, wie sie mit den unabhängigen Ansprüchen beansprucht sind. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention therefore has the object of providing a ballast, a method for igniting at least one gas discharge lamp and a circuit for carrying out the method, as claimed in the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Kurze Zusammenfassung der ErfindungBrief summary of the invention
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zünden mindestens einer Gasentladungslampe mittels eines Wechselrichters, der einen die Gasentladungslampe aufweisenden Lastkreis mit AC-Spannung versorgt, wobei der Lastkreis einen Resonanzkreis aufweist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweisen kann: Aktivieren eines Lampenstrom-Regelkreises, der direkt oder indirekt den Lampenstrom durch die Gasentladungslampe erfassen kann und diesen auf einen vorgegeben Sollwert für den Lampenstrom regeln kann, wobei der Lampenstrom-Regelkreis die Frequenz des Wechselrichters von einer höheren Frequenz aus in Richtung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises verringern kann, bis die Gasentladungslampe zündet, um unmittelbar nach der Zündung den dann fließenden Lampenstrom auf den Sollwert zu regeln.In one aspect, the invention provides a method of igniting at least one gas discharge lamp by means of an inverter providing AC voltage to a load circuit having the gas discharge lamp, the load circuit having a resonant circuit, the method comprising the steps of: activating a lamp current -Regelkreises, which can detect directly or indirectly the lamp current through the gas discharge lamp and this can regulate to a predetermined setpoint for the lamp current, the lamp current control circuit can reduce the frequency of the inverter from a higher frequency in the direction of the resonant frequency of the resonant circuit, to the gas discharge lamp ignites in order to regulate the then flowing lamp current to the desired value immediately after ignition.
Der Lampenstrom kann an einem Messwiderstand an der kalten Seite der Gasentladungslampe erfasst werden.The lamp current can be detected at a measuring resistor on the cold side of the gas discharge lamp.
Mindestens zwei Gasentladungslampen können parallel über den Wechselrichter versorgt werden und über den Messwiderstand kann ein Summenstrom der einzelnen Lampenströme erfasst werden.At least two gas discharge lamps can be supplied in parallel via the inverter and a total current of the individual lamp currents can be detected via the measuring resistor.
Die Versorgungspannung jeder Gasentladungslampe kann mit einem Gleichspannungsanteil (DC-Anteil/-Offset) beaufschlagt werden.The supply voltage of each gas discharge lamp can be charged with a DC component (DC component / offset).
Ein Gleichspannungsanteil kann für jede Gasentladungslampe erfasst werden, um einen Zustand (gezündet/nicht gezündet) der jeweiligen Gasentladungslampe zu bestimmen und/oder den Lampenstrom abhängig von dem erfassten Gleichspannungsanteil regeln zu können.A DC component can be detected for each gas discharge lamp to determine a state (ignited / not lit) of the respective gas discharge lamp and / or to control the lamp current depending on the detected DC component.
Der Sollwert kann abhängig von dem bestimmten Zustand der Gasentladungslampen erhöht werden, um über einen Symmetriertrafo eine Spannung an einer nichtgezündeten Gasentladungslampe zu erhöhen.The desired value can be increased depending on the specific state of the gas discharge lamps in order to increase a voltage across a non-ignited gas discharge lamp via a balancing transformer.
Der Sollwert kann einem Lampenstrom entsprechen, der zu einem Lichtleistungswert von 1% an der mindestens einen Gasentladungslampe führt.The setpoint value may correspond to a lamp current which leads to a light power value of 1% at the at least one gas discharge lamp.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe, mit einem Wechselrichter, der einen die Gasentladungslampe aufweisenden Lastkreis mit AC-Spannung versorgt, wobei der Lastkreis einen Resonanzkreis aufweist, und einer Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung, insbesondere μC oder ASIC, in einem Lampenstrom-Regelkreises direkt oder indirekt den Lampenstrom durch die Gasentladungslampe erfassen kann und diesen auf einen vorgegeben Sollwert für den Lampenstrom regeln kann, wobei die Steuerschaltung in dem Lampenstrom-Regelkreis die Frequenz des Wechselrichters von einer höheren Frequenz aus in Richtung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises verringern kann, bis die Gasentladungslampe zündet, um unmittelbar nach der Zündung den dann fließenden Lampenstrom auf den Sollwert zu regeln.In a further aspect, the invention relates to a ballast for at least one gas discharge lamp, with an inverter which supplies a load circuit having the gas discharge lamp with AC voltage, the load circuit having a resonant circuit, and a control circuit, wherein the control circuit, in particular μC or ASIC, in a lamp current control circuit can directly or indirectly detect the lamp current through the gas discharge lamp and can control this to a predetermined setpoint for the lamp current, wherein the control circuit in the lamp current control loop, the frequency of the inverter from a higher frequency in the direction of the resonant frequency of the resonant circuit can decrease until the gas discharge lamp ignites, to control the then flowing lamp current to the target value immediately after ignition.
Das Vorschaltgerät kann Wiederstände aufweisen, über die eine Versorgungspannung jeder Gasentladungslampe mit einem Gleichspannungsanteil beaufschlagt werden kann.The ballast may have resistors via which a supply voltage each Gas discharge lamp can be acted upon with a DC voltage component.
Das Vorschaltgerät kann einen Symmetrietrafo aufweisen und die Steuerschaltung kann den Sollwert abhängig von dem bestimmten Zustand der Gasentladungslampen erhöhen, um über den Symmetrietrafo eine Spannung an einer nichtgezündeten Gasentladungslampe zu erhöhen.The ballast can have a symmetry transformer and the control circuit can increase the setpoint depending on the particular state of the gas discharge lamps in order to increase a voltage across a non-ignited gas discharge lamp via the balancing transformer.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Schaltung, insbesondere μC oder ASIC, bereit, die zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben ist, ausgebildet ist.In yet a further aspect, the invention provides a circuit, in particular μC or ASIC, which is designed to carry out a method as described above.
Weitere Aspekte der Erfindung werden mit Blick auf die Zeichnungen im Folgenden beschrieben.Further aspects of the invention will be described below with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass eine Steuerschaltung mit dem Sollwert (von z. B. 1% des Lampenstroms) vor Zündung der Lampen aktiviert und initialisiert wird.The invention achieves the object by activating and initializing a control circuit with the desired value (of, for example, 1% of the lamp current) before the lamps are ignited.
Zu Beginn einer ersten Phase sind daher die Lampen aus und die Steuerschaltung versucht den Lampenstrom auf den Sollwert zu regeln. Sie verringert dabei die Frequenz, mit der ein Wechselrichter getaktet/betrieben wird, über den die Lampen mit Wechselstrom versorgt werden. Dadurch steigt die Spannung an den Lampen.At the beginning of a first phase, therefore, the lamps are off and the control circuit tries to regulate the lamp current to the setpoint. It reduces the frequency with which an inverter is clocked / operated, via which the lamps are supplied with alternating current. This increases the voltage on the lamps.
Ist die Spannung groß genug zünden die Lampen und der Strom durch die Lampen beginnt zu fließen. Die Steuerschaltung ist zu diesem Zeitpunkt bereits aktiv und ist daher in der Lage, den Lampenstrom sehr schnell auf den Sollwert zu regeln. Dadurch kann ein Lichtblitz vermieden werden. Eine weitere Verbesserung kann noch dadurch erreicht werden, dass beide Frequenzen, die Zündfrequenz und die Frequenz für den Betrieb, so gewählt sind, dass sie nahe beieinander liegen. Die Steuerschaltung ist jedenfalls bei solch niedrigen Dimmwerten (im Bereich von 1%) sehr schnell.If the voltage is high enough the lamps will light and the current through the lamps will start to flow. The control circuit is already active at this time and is therefore able to regulate the lamp current very quickly to the setpoint. As a result, a flash of light can be avoided. A further improvement can be achieved in that both frequencies, the ignition frequency and the frequency for the operation, are chosen so that they are close to each other. At any rate, the control circuit is very fast at such low dimming levels (in the range of 1%).
Zu Beginn einer zweiten Phase wird die Zündung erkannt. Dies erfolgt durch Überwachen eines DC-Offsets/Gleichspannungsanteils der Lampenspannung. Wenn alle Lampenspannungen/jede Lampenspannung unter einem vorbestimmten Niveau liegen/liegt, erkennt die Steuerschaltung dass alle Lampen gezündet haben. Dies hat den Vorteil, dass in Anordnungen, in denen nicht der Lampenstrom jeder Lampe oder der Summenstrom aller Lampen erfasst werden kann, dennoch eine Zündungserkennung für alle Lampen möglich ist.At the beginning of a second phase, the ignition is detected. This is done by monitoring a DC offset / DC voltage component of the lamp voltage. When all lamp voltages / lamp voltage is below a predetermined level, the control circuit recognizes that all the lamps have ignited. This has the advantage that in arrangements in which not the lamp current of each lamp or the total current of all lamps can be detected, nevertheless a Zündungserkennung for all lamps is possible.
In der zweiten Phase wird erkannt, ob eine Lampe nicht gezündet hat. Wird dies erkannt, so leitet die Steuerschaltung eine dritte Phase ein.In the second phase it is detected if a lamp has not ignited. If this is detected, then the control circuit initiates a third phase.
In der dritten Phase erhöht die Steuerschaltung den Sollwert für den Lampenstrom, um den Strom in der gezündeten Lampe/den gezündeten Lampen zu steigern. Mindestens ein Symmetrietransformer sorgt dafür, dass eine hohe Spannung an der/den Lampe(n) anliegt, die noch nicht gezündet hat/haben. Der Sollwert wird erhöht, solange bis die DC-Spannung der/den nichtgezündeten Lampe(n) unter einen Schwellwert fällt. Fällt die DC-Spannung unter den Schwellwert, so signalisiert dies, dass eine Zündung erfolgt ist.In the third phase, the control circuit increases the lamp current set point to increase the current in the ignited lamp (s). At least one symmetry transformer ensures that a high voltage is applied to the lamp (s) that has not yet ignited. The setpoint is increased until the DC voltage of the non-ignited lamp (s) falls below a threshold. If the DC voltage falls below the threshold value, this indicates that an ignition has occurred.
In
In der Schaltungsanordnung bilden die Induktivität L1, die Kapazität Cr und die Kapazitäten Cs1, Cs2 einen Schwingkreis für die Wandlung einer Rechteckspannung, die von einem Wechselrichter erzeugt wird, in eine Sinuswelle.In the circuit arrangement, the inductance L1, the capacitance Cr and the capacitances Cs1, Cs2 form a resonant circuit for the conversion of a square-wave voltage generated by an inverter into a sine wave.
Die Amplitude hängt dabei von der Frequenz f_HB der Halbbrücke ab. Die Lampenströme für die Lampen Lamp1, Lamp2 werden durch einen Transformer (Symmetrietrafo Lsym) symmetrisch gehalten.The amplitude depends on the frequency f_HB of the half-bridge. The lamp currents for lamps Lamp1, Lamp2 are kept symmetrical by a transformer (symmetry transformer Lsym).
In dem gezeigten Beispiel wird der Lampenstrom beider Lampen über den Shunt-Widerstand Rshunt ermittelt und über einen AD-Wandler an den Regler übermittelt. Die Steuerschaltung regelt die Wechselrichterfrequenz abhängig von dem ermittelten Lampenstrom und einem Sollwert für den Lampenstrom.In the example shown, the lamp current of both lamps is determined via the shunt resistor Rshunt and transmitted via an AD converter to the controller. The control circuit regulates the inverter frequency depending on the determined lamp current and a setpoint for the lamp current.
Die Widerstände Rdc1 und Rdc2 dienen dazu, die Lampenspannung mit einem Gleichspannungs-/-stromanteil zu beaufschlagen. Die Lampenspannungen Vlamp1 und Vlamp2 werden einschließlich ihres DC-Offsets durch einen einfachen Spannungsteiler ermittelt.The resistors Rdc1 and Rdc2 serve to supply the lamp voltage with a DC voltage / current component. The lamp voltages Vlamp1 and Vlamp2, including their DC offset, are determined by a simple voltage divider.
Mit Blick auf
In der ersten Phase muss die Zündspannung an den Lampen bereitgestellt werden. Dies erfolgt durch Starten des Reglers, der dann versucht auf den Sollwert für den Lampenstrom zu regeln. Da die Lampen noch nicht gezündet haben, wird die Steuerschaltung keinen Strom an dem Shunt messen und daher die Frequenz der Halbbrücke verringern. In der Folge beginnt die Steuerschaltung zu arbeiten und die Spannung Vlamp an den Lampen wird erhöht, bis die Lampen zünden. Haben beide Lampen gezündet, wird ein Strom an dem Shunt gemessen und die Steuerschaltung wird auf den Sollwert der Lampenströme (I_lamp1, I_lamp2) sofort und direkt regeln, da keine Zeit für die Erkennung einer Zündung benötigt wird. Die Zündung wird vielmehr durch das Abfallen der DC-Spannung VlampDC direkt erkannt. Die Überprüfung, ob tatsächlich alle Lampen gezündet haben, findet dann in der zweiten Phase statt. Da die Steuerschaltung bei der Zündung bereits aktiv ist, kann sie sehr schnell auf den Betriebszustand regeln. In the first phase, the ignition voltage must be provided to the lamps. This is done by starting the controller, which then tries to control the setpoint for the lamp current. Since the lamps have not yet fired, the control circuit will not measure current at the shunt and therefore reduce the frequency of the half-bridge. As a result, the control circuit begins to operate and the voltage Vlamp across the lamps is increased until the lamps light. If both lamps have ignited, a current is measured at the shunt and the control circuit will immediately and directly regulate the setpoint of the lamp currents (I_lamp1, I_lamp2) since no time is needed for the detection of an ignition. The ignition is rather detected directly by the drop of the DC voltage VlampDC. The check of whether all the lamps have actually ignited then takes place in the second phase. Since the control circuit is already active at the ignition, it can regulate the operating state very quickly.
In der zweiten Phase wird eine DC-Spannung der Lampen ermittelt. Die DC-Spannung der Lampenspannungen Vlamp1 und Vlamp2 ist bei nichtgezündeten Lampen wegen des unendlichen Widerstands der Lampen maximal. Der Widerstand einer gezündeten Lampe verringert sich und die DC-Spannung wird folglich fallen. Wie oben bereits beschrieben kann somit eine Zündung einer Lampe erkannt werden, wenn die DC-Spannung der Lampe unter einen Schwellwert fällt.In the second phase, a DC voltage of the lamps is determined. The DC voltage of the lamp voltages Vlamp1 and Vlamp2 is maximum for non-ignited lamps because of the infinite resistance of the lamps. The resistance of a lit lamp will decrease and the DC voltage will drop. Thus, as already described above, an ignition of a lamp can be detected when the DC voltage of the lamp falls below a threshold value.
Unter normalen Umständen werden alle Lampen in der ersten Phase gezündet. Liegen allerdings besondere Umstände vor, z. B. wenn eine Lampe defekt oder kalt ist, eine falsche Lampe angeschlossen ist oder eine Lampe nicht richtig verbunden oder eingesetzt ist, werden nicht alle Lampen gezündet. In der dritten Phase (
Die dritte Phase wird dabei z. B. nur eingeleitet, wenn in der zweiten Phase erkannt wurde, dass eine Lampe nicht gezündet hat. Wenn der Sollwert für die Steuerschaltung erhöht wird, wird auch der Strom in der gezündeten Lampe erhöht. Daher steigt die Differenz der Lampenströme zwischen beiden Lampen an, wodurch an dem Symmetrie-Transformer/Symmetrietrafo eine Asymmetrie entsteht. Über den Symmetrietrafo wird dann die Spannung an der nichtgezündeten Lampe erhöht. Der Sollwert wird dabei erhöht, bis die zweite Lampe auch zündet. Wenn auch die zweite Lampe gezündet hat und dies erkannt wurde, kann der Sollwert für den Regler auf den initialen Wert zurückgesetzt werden.The third phase is z. B. initiated only when it was detected in the second phase that a lamp has not ignited. As the setpoint for the control circuit is increased, the current in the lit lamp is also increased. Therefore, the difference of the lamp currents between the two lamps increases, causing an asymmetry at the symmetry transformer / balanced transformer. The voltage across the non-ignited lamp is then increased via the symmetry transformer. The setpoint is increased until the second lamp ignites. If the second lamp has also ignited and this has been detected, the setpoint for the controller can be reset to the initial value.
Wenn also eine der Lampen zündet, nimmt deren DC-Anteil der Lampenspannung sprunghaft ab. Dagegen wird der DC-Anteil der Lampenspannung der nicht gezündeten Lampe nicht abnehmen. Dies führt dazu, dass der Sollwert für den Lampenstrom (regulator target) solange erhöht wird, bis anhand des DC-Anteils dieser nicht gezündeten Lampe das Zünden dieser Lampe erkannt wird. Unmittelbar nach Erkennung des Zündens der zweiten Lampe (sprunghafter Abfall des DC-Anteils der Lampenspannung dieser Lampe) wird dann der Sollwert für den Lampenstrom (regulator target) wieder ggf. sprunghaft auf den vorherigen, sehr niedrigen Wert (beispielsweise 1%) zurückgesetzt.So if one of the lamps ignites, their DC component of the lamp voltage decreases abruptly. In contrast, the DC component of the lamp voltage of the unillustrated lamp will not decrease. As a result, the target value for the lamp current (regulator target) is increased until the ignition of this lamp is detected on the basis of the DC component of this unlit lamp. Immediately after detection of the ignition of the second lamp (sudden drop in the DC component of the lamp voltage of this lamp), the setpoint value for the lamp current (regulator target) is then again suddenly jumped back to the previous, very low value (for example 1%).
In der ersten Phase kann die Steuerschaltung direkt oder indirekt die Wechselrichterfrequenz von oben her kommend in Richtung der Resonanzfrequenz solange verringern, bis die Zündung der Lampe oder der mehreren Lampen erkannt wird. Vorzugsweise erfolgt die Zündung der Lampe bei einer Wechselrichterfrequenz, die auch nach dem Zünden einem niedrigen Dimmwert entspricht. Es wird also der Lampenstrom-Regelkreis zum Regeln der Zündung verwendet.In the first phase, the control circuit may directly or indirectly reduce the inverter frequency from above in the direction of the resonant frequency until the ignition of the lamp or of the plurality of lamps is detected. Preferably, the ignition of the lamp takes place at an inverter frequency which corresponds to a low dimming value even after ignition. Thus, the lamp current control circuit is used to control the ignition.
Wenn eine der in
Vorzugsweise wird in der dritten Phase der Sollwert für den Lampensummenstrom erhöht, um so über den Symmetrietrafo Lsym mehr Leistung zu der nichtgezündeten Lampe zu bringen und diese doch noch zum Zünden zu veranlassen. Wenn dies nach einer vorgegebenen Zeitdauer nicht erfolgreich ist, können beide Lampen abgeschaltet werden, indem der Betrieb des Wechselrichters gestoppt wird.Preferably, in the third phase, the setpoint value for the lamp total current is increased so as to bring more power to the non-ignited lamp via the symmetry transformer Lsym and still cause it to ignite. If this is unsuccessful after a predetermined period of time, both lamps can be turned off by stopping the operation of the inverter.
Messungen haben gezeigt, dass der Zündansatz gemäß der vorliegenden. Erfindung dazu führt, dass die Steuerschaltung einen etwaigen Lichtblitz sehr kurz halten kann, da er sehr schnell auf den niedrigen Sollwert zurückregelt.Measurements have shown that the ignition approach according to the present. Invention results in that the control circuit can keep any flash of light very short, because it backs up very quickly to the low setpoint.
Es ist natürlich zu verstehen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für mehr als zwei parallel geschaltete Lampen einsetzen lässt.Of course, it should be understood that the method according to the invention can also be used for more than two lamps connected in parallel.
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