-
Die Erfindung betrifft ein Betriebssteuergerät zum Betreiben eines Leuchtmittels und ein Verfahren zum Betreiben dieses Geräts. An einen Ausgangskreis des Betriebssteuergeräts sind Leuchtmittel wie z. B. Entladungslampen, Leuchtstofflampen oder auch Halogenlampen anschließbar. Das Leuchtmittel weist zwei Elektroden auf, die an den Ausgangskreis angeschlossen werden. Über einen Eingangskreis wird es an eine Wechselspannungsquelle, insbesondere das herkömmliche Wechselspannungsnetz angeschlossen. Der Eingangskreis ist über eine Wechselrichterschaltung, beispielsweise über eine Halbbrückenschaltung mit dem Ausgangskreis verbunden.
-
Derartige Betriebssteuergeräte sind bekannt. Zum Dimmen des Leuchtmittels kann die Spannungsfrequenz der Wechselspannung am Ausgangskreis verändert werden. Hierzu dient die steuerbare Wechselrichterschaltung und beispielsweise die Halbbrückenschaltung, deren gesteuerte Schalter mit einer entsprechenden Schaltfrequenz umgeschaltet werden.
-
Aus
DE 10 2004 002 017 A1 ist es außerdem bekannt, eine Busspannung zentral zwischen mehreren Werten umzuschalten. Über die Busspannung werden mehrere Betriebsgeräte für Leuchtmittel versorgt. Durch das Umschalten der Busspannung zwischen mehreren Spannungswerten kann dort ein Dimmen der über ein Betriebsgerät mit der Busspannung verbundenen Leuchtmittel erreicht werden.
-
US 2003/0080696 A1 offenbart ein Betriebssteuergerät zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einem an eine Wechselspannungsquelle anschließbaren Eingangskreis und einem Ausgangskreis, an den das Leuchtmittel anschließbar ist. Eine im Eingangskreis vorhandene ansteuerbare Versorgungsspannungsquelle stellt eine Versorgungsspannung zur Verfügung. über eine an die Versorgungsspannungsquelle angeschlossene Wechselrichterschaltung wird eine Wechselspannung für den Ausgangskreis erzeugt. Eine Regeleinrichtung dient zur Ansteuerung sowohl der Versorgungsspannungsquelle als auch der Wechselrichterschaltung. Die Regeleinrichtung gibt sowohl die Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsquelle und daran angepasst die Spannungsfrequenz für die Wechselspannung vor, um einen Soll-Betriebszustand des Leuchtmittels zu erreichen.
-
In
WO 2008/152565 A2 ist ein Betriebssteuergerät beschrieben, das zur Ansteuerung von Leuchtdioden ausgangsseitig einen Gleichstrom bereitstellt. Der Ausgangskreis weist eine galvanische Trennung auf. Im Eingangskreis ist eine H-Brückenschaltung vorhanden, die so angesteuert werden kann, dass eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) möglich ist.
-
Das aus
DE 10 2008 053 826 A1 bekannte Betriebssteuergerät weist einen Gleichrichter, einen Schaltregler und eine Polwenderschaltung als Ausgangskreis auf. Es sollen Transformtoren und Drosseln entfallen können, um den Aufbau zu vereinfachen.
-
DE 10 2008 027 029 A1 beschreibt ein Betriebssteuergerät für eine Lampe mit einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC), bei der die von der PFC-Schaltung bereitgestellte Leistung geregelt wird.
-
Das Betriebssteuergerät gemäß
US 6 628 091 B2 weist einen elektronischen Schalter auf, um eine Lampengruppe ausschalten zu können, wenn nicht alle angeschlossenen Lampengruppen betrieben werden sollen. Der Lampenstrom oder die Frequenz können in diesem Fall angepasst werden, um elektrische Energie zu sparen.
-
Ausgehend hiervon kann es als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, die Vorgabe eines Soll-Betriebszustandes des Leuchtmittels, beispielsweise der Leuchtmittelleistung oder des Leuchtmittelstroms durch das Leuchtmittel, zu verbessern. Insbesondere sollen auch niedrige Leuchtleistungen, also hohe Dimmniveaus erreicht werden können ohne dass das angeschlossene Leuchtmittel erlischt oder flackert. Dies insbesondere auch dann, wenn keine Wendelheizung für das angeschlossene Leuchtmittel vorgesehen ist.
-
Diese Aufgabe wird durch das Betriebssteuergerät gemäß Patentanspruch 1 sowie das Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
-
Beim Betriebssteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Eingangskreis eine ansteuerbare Versorgungsspannungsquelle vorgesehen. Dabei kann es sich insbesondere um einen Gleichspannungswandler handeln, der als Auf-Abwärts-Wandler, Flyback-Wandler, Durchfluss-Wandler oder SEPIC-Wandler (englische Abkürzung für „Single Ended Primary Inductance Converter”) ausgestaltet sein kann. Der Wandler ist durch eine Regeleinrichtung ansteuerbar, wodurch der Betrag der Versorgungsspannung variiert und beispielsweise auf einen vorgegebenen Gleichspannungswert eingestellt werden kann. Diese Versorgungsspannung wird an die Wechselricherschaltung angelegt. Die Regeleinrichtung steuert ebenso die Wechselrichterschaltung an und stellt die Spannungsfrequenz der Wechselspannung ein. Mithin gibt die Regeleinrichtung sowohl die Spannungsfrequenz der an dem Leuchtmittel anliegenden Leuchtmittelspannung, als auch den Gleichspannungswert der Versorgungsspannung vor. Auf diese Weise sind zwei Parameter verfügbar, mit denen der Betriebszustand des Leuchtmittels eingestellt werden kann. Der Gleichspannungswert der Versorgungsspannung und die Spannungsfrequenz der Leuchtmittelspannung werden aufeinander abgestimmt eingestellt, um einen stabilen Arbeitspunkt zu erreichen. Dadurch lassen sich auch bei geringer Leuchtleistung stabile Betriebszustände erreichen. Ein versehentliches Erlöschen des Leuchtmittels kann vermieden werden.
-
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Eingangskreis einen Gleichrichter auf, über den die Versorgungsspannungsquelle mit einer Wechselstromquelle, insbesondere dem öffentlichen Netz verbunden werden kann.
-
Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Betriebssteuergerät um ein sogenanntes Kaltstart-Betriebssteuergerät, das keine Einrichtung zum Vorheizen der Wendeln des angeschlossenen Leuchtmittels aufweist. Gerade bei solchen Betriebssteuergeräten ist die Gefahr groß, dass das Leuchtmittel beim Dimmen versehentlich erlischt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann dies effektiv verhindert werden.
-
Die Regeleinrichtung kann einen Mikrocontroller aufweisen. Beispielsweise können der Gleichspannungswert der Versorgungsspannung und die Spannungsfrequenz der Leuchtmittelspannung verschiedenen Dimmniveaus zugeordnet und insbesondere in einer Tabelle abgelegt sein. Es sind keine besonders großen Rechengeschwindigkeiten des Mikrocontrollers nötig. Daher können günstige Mikrocontroller verwendet werden. Die dem Mikrocontroller zur Verfügung gestellten Messwerte können entsprechend träge sein. Für die geringen Änderungsgeschwindigkeiten des von einer Bedienperson gewünschten Soll-Betriebszustands, also insbesondere der Leuchtleistung des Leuchtmittels, sind entsprechend geringe Regelgeschwindigkeiten völlig ausreichend. Eine digitale Regelung lässt sich dadurch kostengünstig erreichen.
-
Der Ausgangskreis weist einen sogenannten Boucherot-Kreis auf, der eine Spule und einen Kondensator aufweist. Bei an den Ausgangskreis angeschlossenem Leuchtmittel ist dieses parallel zum Kondensator und in Reihe zur Spule geschaltet. An die Spule wird über die Wechselrichterschaltung eine Wechselspannung durch getaktetes Ein- und Ausschalten der Gleichspannung mit der durch die Regeleinrichtung vorgegebenen Frequenz angelegt. Die Impedanz der Spule ist frequenzabhängig. Insbesondere bei hohen Spannungsfrequenzen wird zum Dimmen des Leuchtmittels der Gleichspannungswert der Versorgungsspannung angepasst und insbesondere gesenkt, um einen stabilen Betrieb des Leuchtmittels aufrechtzuerhalten.
-
Bei einer derartigen Ausgestaltung des Ausgangskreises kann dieser ersatzweise als lineare Stromquelle mit einem Innenwiderstand dargestellt werden. Dieser Innenwiderstand ist dann sowohl von der Spannungsfrequenz, als auch vom Lastwiderstand, also dem Widerstand des Leuchtmittels abhängig. Der Innenwiderstand ist unabhängig vom Gleichspannungswert der Versorgungsspannung. Mithin kann der Innenwiderstand über die durch die Regeleinrichtung vorgebbaren Parameter verändert werden. Dadurch ist eine Anpassung des Innenwiderstands an den Leuchtmittelwiderstand möglich. Auf diese Weise kann ein gewünschtes Verhältnis des Innenwiderstands, also des Widerstands des Ersatzschaltbildes des Ausgangskreises, gegenüber dem Leuchtmittelwiderstand vorgegebenen und eingestellt werden. Dies ist in verschiedenen von einem Bediener angeforderten oder eingestellten Soll-Betriebszuständen und demnach bei verschiedenen Dimmniveaus möglich.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebssteuergeräts sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. In der Beschreibung wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei wesentliche Merkmale der Erfindung beschrieben werden. Die Zeichnungen sind ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Betriebssteuergeräts
-
2 ein Ersatzschaltbild für den Ausgangskreis,
-
3 eine schematische Veranschaulichung der Arbeitspunkte des Leuchtmittels anhand eines Strom-Spannungs-Diagramms,
-
4 bis 7 verschiedene Leistungskurven abhängig von der normierten Güte und die Änderung des Arbeitspunktes während der Verstellung bzw. Regelung der Leistung des Leuchtmittels auf einen verändert vorgegebenen Wert der Leuchtmittelsollleistung und
-
8 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Regeleinrichtung des Betriebssteuergeräts.
-
In 1 ist ein Blockschaltbild eines Betriebssteuergeräts 10 dargestellt. Das Betriebssteuergerät 10 dient zum Betreiben eines Leuchtmittel 11. Bei dem Leuchtmittel 11 kann es sich beispielsweise um eine Gasentladungslampe, Hochdruckentladungslampe, Leuchtstofflampe, Kompaktleuchtstofflampe oder dergleichen handeln. Das Leuchtmittel 11 ist mit seinen beiden Elektroden über zwei Leuchtmittelanschlüsse 12 an einen Ausgangskreis 13 des Betriebssteuergeräts 10 angeschlossen. Zwischen den beiden Leuchtmittelanschlüssen 12 muss zum Zünden des Leuchtmittels 11 eine leuchtmittelabhängige Zündspannung anliegen, die auch während des Betriebs des Leuchtmittels 11 nicht unterschritten werden darf, wenn ein versehentliches Erlöschen des Leuchtmittels verhindert werden soll. Die Spannung zwischen den Leuchtmittelanschlüssen 12 ist als Leuchtmittelspannung UL bezeichnet. Während des Betriebs fliest durch das Leuchtmittel 11 der Leuchtmittelstrom IL.
-
Der Ausgangskreis 13 weist einen die beiden Leuchtmittelanschlüsse 12 verbindenden Kondensator 16 auf. Bei angeschlossenem Leuchtmittel 11 ist der Kondensator 16 daher parallel zum Leuchtmittel 11 geschaltet. Eine Spule 17 ist in Reihe zum Kondensator 16 geschaltet.
-
Der Ausgangskreis 13 besteht beispielsgemäß lediglich aus dem Kondensator 16 und der Spule 17. Dieser Ausgangskreis 13 kann daher auch als Boucherot-Kreis bezeichnet werden.
-
Über eine beispielsgemäß als Halbbrückenschaltung 19 ausgeführte steuerbare Wechselrichterschaltung 18 ist der Ausgangskreis 13 mit einem Eingangskreis 20 des Betriebssteuergeräts 10 verbunden. Der Eingangskreis 20 dient dazu, die erforderliche Gleichspannung, die hier als Versorgungsspannung UV bezeichnet ist, für die Wechselrichterschaltung 18 bereitzustellen. Der Eingangskreis 20 weist hierfür einen Gleichrichter 21 und eine dem Gleichrichter 21 nachgeschaltete steuerbare Versorgungsspannungsquelle 22 auf. Als Versorgungsspannungsquelle 22 dient insbesondere ein Gleichspannungswandler, der beispielsweise als Auf-Abwärts-Wandler, Flyback-Wandler, Durchfluss-Wandler oder SEPIC-Wandler realisiert werden kann. Über den Gleichrichter 21 ist das Betriebssteuergerät 10 an eine Netzspannungsquelle 23 des Wechselspannungsnetzes mit einer Netzspannung UN vor vorzugsweise 230 Volt anschließbar.
-
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dient ein Glättungskondensator 24, der zwischen die Ausgangsklemmen der Versorgungsspannungsquelle 22 geschaltet ist, zur Glättung der Versorgungsspannung UV.
-
Die Halbbrückenschaltung 19 weist zwei in Reihe geschaltete gesteuerte Schalter 26 auf. Die Reihenschaltung der beiden gesteuerten Schalter 26 ist zwischen den Ausgangsklemmen der Versorgungsspannungsquelle 22 und mithin parallel zum Glättungskondensator 24 angeordnet. Ein Mittenabgriff 27 zwischen den beiden gesteuerten Schaltern ist mit der Spule 17 des Ausgangskreises 13 verbunden. Durch Öffnen und Schließen der gesteuerten Schalter 26 kann mithin der Ausgangskreis 13 an die durch getaktetes Ein- und Ausschalten der Versorgungsspannung UV erzeugte Wechselspannung UAC angelegt werden. Die Spannungsfrequenz f der Wechselspannung UAC ist einstellbar.
-
Die Wechselrichterschaltung 18 und beispielsgemäß die Halbbrückenschaltung 19 wird über eine Regeleinrichtung 30 angesteuert. Die Regeleinrichtung 30 gibt die Spannungsfrequenz f der Wechselspannung UAC vor. Beim Ausführungsbeispiel geschieht dies mithilfe der Schaltfrequenz für das wechselweise Öffnen und Schließen der gesteuerten Schalter 26 vorgegeben. Die Schaltfrequenz bestimmt die Spannungsfrequenz f der am Ausgangskreis 13 anliegenden Wechselspannung UAC.
-
Die Regeleinrichtung 30 steuert beim Betriebsgerät 10 gemäß 1 auch die Versorgungsspannungsquelle 22 an und gibt einen Gleichspannungswert UG für die Versorgungsspannung UV an den Ausgangsklemmen der Versorgungsspannungsquelle 22 vor. Die Regeleinrichtung 30 bestimmt den Gleichspannungswert UG und die Spannungsfrequenz f der Wechselspannung UAC abgestimmt aufeinander. Die Regeleinrichtung 30 kann hierfür einen Mikrocontroller μC aufweisen bzw. von einem solchen gebildet sein. Die Bestimmung der Spannungsfrequenz f bzw. des Gleichspannungswertes UG erfolgt abhängig von einem Soll-Betriebszustand, beispielsweise einer Leuchtmittelsollleistung Psoll oder eines Leuchtmittelsollstroms. Zur Regelung des Soll-Betriebszustands wird der Regeleinrichtung 30 der von einem Stromsensor 31 gemessene Leuchtmittelstrom IL und optional die von einem Spannungssensor 32 gemessene Leuchtmittelspannung UL zugeführt. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Spannungssensor 32 auch entfallen, wenn beispielsweise über die Regeleinrichtung 30 der Leuchtmittelstrom und nicht die Leuchtmittelleistung geregelt werden soll.
-
An das Betriebssteuergerät 10 und beispielsgemäß an die Regeleinrichtung 30 ist außerdem ein Dimmschalter 33 angeschlossen, über den eine Bedienperson die gewünschte Leuchtleistung bzw. das Dimmniveau des angeschlossenen Leuchtmittels 11 einstellen und somit den Soll-Betriebszustand vorgeben kann.
-
Das Betriebssteuergerät 10 ist als Kaltstart-Betriebssteuergerät ausgeführt. Das heißt, es weist keine Einrichtung zum Vorheizen der Wendeln des Leuchtmittels 11 auf. Bei solchen Betriebssteuergeräten kann es bei höheren Dimmniveaus und demnach bei geringeren Leuchtleistungen zum versehentlichen Erlöschen des Leuchtmittels 11 kommen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Arbeitspunkt bzw. der Betriebszustand des Leuchtmittels 11 nicht mehr stabil vorgegeben werden kann. Derart instabile Betriebszustände werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Betriebssteuergeräts 10 vermieden.
-
Über die Regeleinrichtung 30 wird die Schaltstellung des Dimmschalters 33 erfasst und abhängig davon der Sollbetriebszustand und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel die Leuchtmittelsollleistung Psoll festgelegt. Beispielsweise über die Leuchtmittelsollleistung Psoll werden dann sowohl die Spannungsfrequenz f, als auch ein Gleichspannungswert UG bestimmt und eingestellt. Die Spannungsfrequenz f sowie der Gleichspannungswert UG sind dabei abhängig voneinander so festgelegt, dass sich ein dem angeforderten Dimmniveau entsprechender Betriebszustand des Leuchtmittels 11 ergibt, also beispielsweise ein dem am Dimmschalter 33 eingestellten Dimmniveau entsprechender Sollwert für den Leuchtmittelstrom IL oder die Leuchtmittelleistung Pist.
-
Über die der Regeleinrichtung 30 zugeführten Messwerte wird der Istzustand des Leuchtmittels 11 erfasst. Werden Abweichungen von den in der Regeleinrichtung 30 bestimmten Sollwerten festgestellt, so werden die Schaltfrequenz f und/oder der Gleichspannungswert UG verändert, um die Soll-Ist-Abweichung der Leuchtmittelleistung bzw. des Leuchtmittelstroms IL auszuregeln und gleichzeitig einen stabilen Betriebszustand aufrecht zu erhalten, der ein Erlöschen des Leuchtmittels 11 verhindert.
-
In der Regeleinrichtung 30 kann beispielsweise eine Zuordnungstabelle Z oder ein Zuordnungsalgorithmus Z abgelegt sein, in der den Leuchtmittelwiderstand RL eine Spannungsfrequenz f zugeordnet wird. Außerdem ist ein Leistungsregelkreis 35 zur Regelung des Gleichspannungswertes UG abhängig von der aktuellen Leuchtmittelleistung Pist eingrichtet (8).
-
2 zeigt ein Ersatzschaltbild des Ausgangskreises aus Richtung der Leuchtmittelanschlüsse 12 gemäß Pfeil P gesehen. Der Ausgangskreis 13 kann dabei näherungsweise als lineare Stromquelle 34 mit einem parameterabhängigen Innenwiderstand Ri angesehen werden, an den das Leuchtmittel 11 angeschlossen ist, das in 2 durch den Leuchtmittelwiderstand RL im Ersatzschaltbild dargestellt ist.
-
Der Innenwiderstand Ri der linearen Stromquelle 34 ist abhängig von der Spannungsfrequenz der Wechselspannung UAC sowie dem Lastwiderstand. Somit kann über die Spannungsfrequenz f eine Anpassung des Innenwiderstands Ri erfolgen.
-
In 3 ist beispielhaft die Leuchtmittel-Kennlinie KL eines Leuchtmittels 11 dargestellt, die eine negative Charakteristik aufweist. Die Leuchtmittelspannung UL sinkt bei zunehmendem Leuchtmittelstrom IL. Die gestrichelt dargestellten Geraden G1 bis G4 repräsentieren lediglich schematisch den Ausgangskreis 13 des Betriebssteuergeräts 10. Die Steigung dieser Geraden G1 bis G4 hängt vom Innenwiderstand Ri ab. In der Realität handelt es sich nicht um Geraden, da sich mit dem Innenwiderstand Ri auch der Strom I0 der Stromquelle ändert. In 3 ist dieser Zusammenhang der Einfachheit halber nicht berücksichtigt. Es soll lediglich das Prinzip erläutert werden, welche Arbeitspunkte sich einstellen. Über die Spannungsfrequenz f kann wie erläutert der Innenwiderstad Ri geändert werden. Ist die Spannungsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz f0, ist der Betrag des Innenwiderstands Ri maximal. Entspricht der Innenwiderstand Ri dem Leuchtmittelwiderstand RL, so ist die Schaltung angepasst und es stellt sich der Arbeitspunkt S2 ein. Ist der Innenwiderstand Ri größer als der Leuchtmittelwiderstand RL so ergeben sich zwei Schnittpunkte S1 uns S3 mit der Leuchtmittelkennlinie KL, wobei der eine Arbeitspunkt S1 stabil ist und dem normalen Arbeitspunkt eines bekannten Betriebssteuergeräts entspricht, während der andere Arbeitspunkt S3 instabil ist.
-
Mit Hilfe des Betriebssteuergeräts 10 kann zur Leistungsregelung des Leuchtmittels 11 sowohl der Gleichspannungswert UG als auch die Spannungsfrequenz f und damit der Innenwiderstand Ri variiert werden, um das Betriebssteuergerät 10 in einem stabilen Arbeitspunkt zu betreiben und dennoch und die Leuchtmittelleistung Pist einzustellen. Dadurch kann die Effizienz des Betriebssteuergeräts erhöht werden. Beispielsweise kann in der Regeleinrichtung 30 kann ein gewünschter Zusammenhang zwischen dem Innenwiderstand Ri und dem Leuchtmittelwiderstand RL vorgegeben sein. Zur Leistungsanpassung können die Beträge des Innenwiderstands Ri und des Leuchtmittelwiderstands RL gleich groß gewählt werden. Der Zusammenhang zwischen Innenwiderstand Ri und Leuchtmittelwiderstand RL kann abhängig vom Typ des angeschlossenen Leuchtmittels 11 in der Regeleinrichtung 30 vorgegeben sein. Zum Beispiel kann der Innenwiderstand Ri auch über einen vorgegebenen Faktor x proportional zum Leuchtmittelwiderstand RL vorgegeben sei, so dass beispielsweise gilt: Ri·x = RL.
-
Anhand der 4 bis 7 wird nachfolgend die Regelung durch die Regeleinrichtung 30 beispielhaft erläutert.
-
In den 4 bis 7 sind Leistungskurven Ki mit i = 1 bis n beispielhaft veranschaulicht, die die Leistung P abhängig von der Güte Q des Ausgangskreises 13 beschreiben. Die Güte Q berechnet sich wie folgt: Q = R√ C / L. wobei L die Induktivität der Spule 17 und C die Kapazität des Kondensators 16 ist.
-
Es ergibt sich für jede Spannungsfrequenz fi eine Kurvenschar für die verschiedenen Leuchtmittelleistungen, die auch über den Gleichspannungswert UG der Versorgungsspannung UV variiert werden kann. Für jede Kurvenschar einer Spannungsfrequenz fi mit i = 1 bis m ergibt sich dabei eine Anpassungskurve J(fi), bei der eine Leistungsanpassung vorliegt.
-
Ausgehend von der ersten Leistungskurve K1 sei angenommen, dass die Leuchtmittelleistung Pist auf einen neuen Leuchtmittelsollwert Psoll verändert und beim dargestellten Beispiel reduziert werden soll. In einem ersten Schritt wird hierfür durch die Regeleinrichtung 30 zunächst der Gleichspannungswert UG verändert und beispielsgemäß verringert. Der erste Arbeitspunkt A1 wird dadurch verschoben. In der Darstellung nach 4 bedeutet dies ein Stauchen der ersten Leistungskurve K1, so dass sich eine zweite Leistungskurve K2 ergibt und eine Arbeitspunktverschiebung parallel zur Ordinate zu einem zweiten Arbeitspunkt A2 erfolgt. Dabei ändert sich allerdings auch der Leuchtmittelwiderstand RL antiproportional zur Leuchtmittelleistung P. Durch diese Änderung des Leuchtmittelwiderstands wandert der zweite Arbeitspunkt A2 auf der zweiten Leistungskurve K2 entlang, was wiederum die aktuelle Leuchtmittelleistung Pist ändert, so dass diese von der Leuchtmittelsollleistung Psoll abweicht (5).
-
Als Folge von dieser Leistungsabweichung veranlasst die Regeleinrichtung 30 eine Änderung der Spannungsfrequenz f von der ersten Spannungsfrequenz f1 zu einer zweiten Spannungsfrequenz f2, um die Leistungsanpassung wieder herzustellen, die durch die Änderung des Leuchtmittelwiderstands RL verloren gegangen ist. Gemäß 6 ergibt sich dann ein dritter Arbeitspunkt A3 auf einer drittel Leistungskennlinie K3 am Schnittpunkt mit der Anpassungsgeraden J(f2) für die zweite Spannungsfrequenz.
-
Wenn die Regeleinrichtung 30 im dritten Arbeitspunkt eine Regelabweichung zwischen dem Istwert Pist der Leuchtmittelleistung P und der Leuchtmittelsollleistung Psoll registriert, wird erneut der Gleichspannungswert UG zur Leistungsanpassung verändert und der beschriebene Vorgang beginnt erneut. Die Abfolge von Änderung des Gleichspannungswertes UG und Änderung der Schaltfrequenz wird sooft durchlaufen, bis ein Arbeitspunkt An im eingeschwungenen Zustand erreicht ist, an dem Leistungsanpassung bei einer Leuchtmittelleistung Pist gleich dem Leuchtmittelsollwert Psoll vorliegt. In 7 sind der Ausgangszustand und der eingeschwungene Endzustand dargestellt.
-
Es versteht sich, dass die Leuchtmittelleistung analog zu dem beschriebenen Ablauf auch erhöht werden kann. Der durch die Regelung bewirkte Einschwingvorgang auf den neuen Arbeitspunkt läuft analog ab.
-
Die Erfindung betrifft ein Betriebssteuergerät 10 und ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels 11. Das Betriebssteuergerät 10 ist an eine Wechselspannungsquelle 23 anschließbar. Es weist einen Eingangskreis 20 mit einer ansteuerbaren Versorgungsspannungsquelle 22 auf. Ein Ausgangskreis 13 zum Anschluss eines Leuchtmittels 11 ist über eine Halbbrückenschaltung 19 mit der Versorgungsspannungsquelle 22 verbunden. Über eine Regeleinrichtung wird die Schaltfrequenz f der Halbbrückenschaltung 19 und der Gleichspannungswert UG für die Versorgungsspannung UV aufeinander abgestimmt eingestellt. Die Schaltfrequenz f und der Gleichspannungswert UG der Versorgungsspannung UV werden abgestimmt aufeinander so eingestellt, dass sich ein von einer Bedienperson vorgegebenen Soll-Betriebszustand des Leuchtmittels 11 einstellt, wobei der Ausgangskreis 13 im Ersatzschaltbild einer linearen Stromquelle 34 mit einem Innenwiderstand Ri entspricht, dessen Betrag abhängt von der Spannungsfrequenz f der Wechselspannung UAC, wobei die Regeleinrichtung 30 die Spannungsfrequenz f abgestimmt auf die Versorgungsspannung UV derart einstellt, dass sich ein vorgegebener Zusammenhang zwischen dem Leuchtmittelwiderstand RL und dem Innenwiderstand Ri ergibt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Betriebssteuergerät
- 11
- Leuchtmittel
- 12
- Leuchtmittelanschluss
- 13
- Ausgangskreis
- 16
- Kondensator
- 17
- Spule
- 18
- Wechselrichterschaltung
- 19
- Halbbrückenschaltung
- 20
- Eingangskreis
- 21
- Gleichrichter
- 22
- Versorgungsspannungsquelle
- 23
- Netzspannungsquelle
- 24
- Glättungskondensator
- 26
- gesteuerter Schalter
- 27
- Mittenabgriff
- 30
- Regeleinrichtung
- 31
- Stromsensor
- 32
- Spannungssensor
- 33
- Dimmschalter
- 34
- lineare Stromquelle
- 35
- Leistungsregelkreis
- Ai (i = 1...n)
- Arbeitspunkt
- f
- Spannungsfrequenz
- G1–G4
- Geraden
- IL
- Leuchtmittelstrom
- J(fi)
- Anpassungskurve
- KL
- Leuchtmittel-Kennlinie
- Ki
- (i = 1...n) Leistungskurve
- P
- Pfeil
- UAC
- Wechselspannung
- UG
- Gleichspannungswert
- UL
- Leuchtmittelspannung
- UN
- Netzspannung
- UV
- Versorgungsspannung
- Z
- Zuordnung
