DE10204044A1 - Electronic ballast for gas discharge lamp - Google Patents

Electronic ballast for gas discharge lamp

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DE10204044A1 DE2002104044 DE10204044A DE10204044A1 DE 10204044 A1 DE10204044 A1 DE 10204044A1 DE 2002104044 DE2002104044 DE 2002104044 DE 10204044 A DE10204044 A DE 10204044A DE 10204044 A1 DE10204044 A1 DE 10204044A1
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Abstract

Ein elektronisches Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe, vorzugsweise für eine Leuchtstofflampe (LA), weist einen mit einer Gleichspannungsquelle (U¶BUS¶) verbundenen Wechselrichter sowie einen an den Wechselrichter angeschlossenen Lastkreis auf, der die Lampe (LA) und einen Serienresonanzkreis enthält. An electronic ballast for at least one gas discharge lamp, preferably for a fluorescent lamp (LA) has a with a DC voltage source (U¶BUS¶) connected inverters and an output connected to the inverter load circuit of the lamp (LA), and includes a series resonant circuit. Der Wechselrichter wird durch zwei in einer Halbbrückenanordnung angeorndete Schalter (Q1, Q2) gebildet, die von einer Steuerschaltung (1) während einer Zündphase derart alternierend angesteuert werden, dass ihre Einschaltzeit (t¶on¶) schrittweise erhöht wird. The inverter is formed by two angeorndete in a half bridge arrangement of switches (Q1, Q2), which are controlled by a control circuit (1) so alternately during an ignition phase that their switch-on time (t¶on¶) is gradually increased. Um das Auftreten von überhöhten Strom- und Spannungsspitzen zu vermeiden, überwacht die Steuerschaltung (1) während der Einschaltzeit eines der beiden Schalter (Q1, Q2) die Höhe des dem Lastkreis zugeführten Stomes und öffnet für den Fall, dass der Strom einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, diesen Schalter (Q1, Q2) vorzeitig und schaltet ihn später wieder regulär ein. In order to avoid the occurrence of excessive current and voltage peaks, the control circuit (1) during the ON time of one of the two switches (Q1, Q2) monitors the amount of pressure applied to the load circuit Stomes and opens in the event that the current exceeds a predetermined reference value , this switch (Q1, Q2) prematurely and switches it back later regularly a.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Geräts. The present invention relates to an electronic ballast for at least one gas discharge lamp according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a device. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit den Vorgängen während des Zündens der Gasentladungslampe. In particular, the invention is concerned with the processes during ignition of the gas discharge lamp.
  • Die Verwendung elektronischer Vorschaltgeräte zum Betreiben von Gasentladungslampen führt im Vergleich zur Verwendung von konventionellen Vorschaltgeräten aufgrund von niedrigeren Verlusten sowie einem verbesserten Lampenwirkungsgrad zu deutlichen Energieeinsparungen. The use of electronic ballasts for operating gas discharge lamps results in comparison to the use of conventional ballasts due to lower losses and improved lamp efficiency to significant energy savings. Den Eingang eines typischen elektronischen Vorschaltgerätes bildet ein an das Spannungsversorgungsnetz angeschlossenes Hochfrequenzfilter, welches mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist. The input of a typical electronic ballast is a device connected to the power supply mains the high-frequency filter which is connected to a rectifier circuit. Die von der Gleichrichterschaltung gleichgerichtete Versorgungsspannung wird einer Glättungsschaltung zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung zugeführt, ein mit der Zwischenkreisspannung gespeister Wechselrichter erzeugt schließlich eine hochfrequente Wechselspannung, welche an den Lastkreis mit der daran angeschlossenen Gasentladungslampe angelegt wird. The rectified by the rectifier circuit supply voltage is supplied to a smoothing circuit for generating an intermediate circuit voltage, a fed with the intermediate circuit voltage inverter finally generates a high-frequency AC voltage which is applied to the load circuit with the connected gas discharge lamp. Das Betreiben mit der hochfrequenten Wechselspannung hat eine Verringerung der Elektrodenverluste sowie eine Steigerung der Lichtausbeute zur Folge. The operation with the high-frequency AC voltage has a reduction in electrode loss and to increase the light yield. Ferner besteht die Möglichkeit, die Lampen kontrolliert und schonend zu zünden. There is also the possibility of controlling the lights and ignite gently.
  • Zum Zünden der Gasentladungslampe werden üblicher Weise zunächst deren Elektroden bei einer erhöhten Frequenz des Wechselrichters vorgeheizt. To ignite the gas discharge lamp usual manner are first preheated whose electrodes at an elevated frequency of the inverter. Am Ende dieser Vorheizperiode wird dann die von dem Wechselrichter erzeugte Frequenz abgesenkt, so dass sie sich der Resonanzfrequenz des Lastkreises, die in erster Linie durch einen in dem Lastkreis angeordneten Serienresonanzkreis bestimmt wird, annähert und in Folge davon die an der Lampe anliegende Spannung steigt. At the end of preheat cycle the frequency generated by the inverter is then lowered so that it approaches the resonance frequency which is determined primarily by a arranged in the load circuit a series resonant circuit of the load circuit, and in consequence, the voltage applied to the lamp voltage rises. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Absenkens der Frequenz erfolgt schließlich die Zündung der Gasentladungslampe, was zur Folge hat, dass deren Widerstand stark absinkt. At a certain time during the lowering of frequency, the ignition of the gas discharge lamp, with the result that their resistance decreases greatly finally takes place. Ein als Folge davon auftretender überhöhter Stromfluss wird jedoch dadurch vermieden, dass die Induktivität des Serienresonanzkreises als Drossel ausgebildet ist und dementsprechend strombegrenzend wirkt. A as a result of excessive current flow occur, however, avoided in that the inductance of the series resonant circuit is designed as a throttle, and accordingly, a current-limiting effect.
  • Wenn durch die Drossel des Lastkreises ein starker Strom fließt, so hat dies ab einem gewissen Stromwert zur Folge, dass die Drossel nicht mehr linear wirkt. If a large current flows through the inductor of the load circuit, this has from a certain current value means that the choke is no longer effective linear. Dies ist jedenfalls dann der Fall, wenn es sich nicht nur um eine reine Spule, sondern um eine Spule mit einem zusätzlichen ferromagnetischen Kern handelt. This is certainly the case when it is not only a pure coil, but a coil with an additional ferromagnetic core. Befindet sich die Drossel außerhalb ihres Linearitätsbereichs, so bedeutet dies, dass sich ihr induktiver Widerstand reduziert, was wiederum zur Folge haben kann, dass verhältnismäßig starke Strom- und Spannungsspitzen auftreten, die möglicherweise eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Vorschaltgerätes zur Folge haben. the throttle is outside their linear range, this means that their inductive resistance is reduced, which in turn may mean that relatively strong current and voltage peaks occur that may cause damage or even destruction of the ballast result.
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu vermeiden, werden bislang überwiegend Drosseln verwendet, die groß genug sind, um unter regulären Bedingungen nicht in einen nicht-linearen Zustand zu geraten. To avoid the problems described above, thus far predominantly reactors used that are large enough not to fall into a non-linear state under normal conditions. Derartige Drosseln sind allerdings aufgrund ihres größeren Volumens auch verhältnismäßig teuer. However, such reactors are also relatively expensive because of their larger volume. Ferner sind dadurch den Möglichkeiten, die Abmessungen des Vorschaltgeräts insgesamt zu reduzieren, Grenzen gesetzt. Further characterized are the ways to reduce the dimensions of the ballast total, unlimited.
  • Um Beschädigungen des elektronischen Vorschaltgerätes zu vermeiden, ist ferner auch bekannt, für den Fall, dass eine Sättigung bzw. Nicht-Linearität der Drossel festgestellt wird, den Wechselrichter schnellstmöglich abzuschalten. To avoid damage to the electronic ballast, is also well known for the case that saturation or nonlinearity of the throttle is detected, shut off the inverter as soon as possible. Die Abschaltung erfolgt dann so schnell, dass dies für die Gewährleistung einer sicheren Zündung der Lampe nicht ausreichend ist. The mode is then so fast that it is not sufficient to ensure reliable ignition of the lamp. Der oben beschriebene Ablauf zum Zünden der Lampe muss dann wiederholt werden. The procedure described above for igniting the lamp must then be repeated.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Zündung der Lampe mit einer in ihrem Volumen reduzierten Induktivität herbeizuführen. The present invention is therefore based on the object is to achieve a reliable ignition of the lamp with a reduced volume in their inductance. Dabei soll der Zündstrom bzw. die Zündspannung in einem akzeptablen Bereich bleiben, um Beschädigungen des Vorschaltgerätes ausschließen zu können. Here is to remain in an acceptable range in order to exclude damage to the ballast of the ignition and the ignition voltage.
  • Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät, das die Merkmale des Anspruches 1 aufweist, gelöst. This object is achieved by an inventive electronic ballast, comprising the features of claim 1. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass eine in dem Vorschaltgerät vorgesehene Steuerschaltung, welche die Einschaltzeiten der Schalter des Wechselrichters während der Zündphase schrittweise erhöht und damit die Betriebsfrequenz senkt, während der Einschaltzeit eines der beiden Schalter die Höhe des dem Lastkreis zugeführten Stromes überwacht und für den Fall, dass der Strom einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, den Schalter vorzeitig öffnet und dann regulär wieder einschaltet. This is characterized in that an opening provided in the ballast control circuit which gradually increases the on times of the switches of the inverter during the ignition phase and thus lowers the operating frequency, during the on time of the two switch monitors the amount of pressure applied to the load circuit current, and for the event that the current exceeds a predetermined reference value, prematurely opens the switch, and then switches on again regularly.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein erfindungsgemässes Verfahren gelöst. The object is further achieved by a method according to the invention.
  • Das vorzeitige Öffnen des Schalters hat zur Folge, dass die aktuelle Schaltperiode der beiden Schalter des Wechselrichters verkürzt wird, was gleichbedeutend mit einer höheren Augenblicksfrequenz ist. The premature opening of the switch with the result that the current switching period of the two switches of the inverter is shortened, which is synonymous with a higher instantaneous frequency. Hierdurch kann bei einer geeigneten Wahl des Referenzwertes der Betrieb im nicht-linearen Bereich der Drossel beherrscht werden. Thereby, the operation in the nonlinear region of the throttle can be controlled at a suitable choice of the reference value.
  • Da allerdings der Schalter nachfolgend wieder regulär eingeschaltet, dh in den darauffolgenden Schaltperioden die zuvor eingestellte Einschaltzeit für die beiden Schalter bzw. deren Betriebsfrequenz beibehalten wird, wird über eine längeren Zeitraum hinweg ein kontrollierter Betrieb im Grenzbereich der Drossel des Lastkreises und damit letztendlich ein sicheres Zünden der Lampe ermöglicht. However, since the switch regularly subsequently turned on again, that is, the previously set duty for the two switches and their operating frequency is maintained in the subsequent switching periods, is a longer period of time, a controlled operation in the boundary region of the throttle of the load circuit and ultimately reliable ignition the lamp allows.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further developments of the invention are subject of the subclaims.
  • So erfasst die Steuerschaltung zur Überwachung des Lastkreisstromes vorzugsweise die über einen am Fußpunkt der Halbbrücke des Wechselrichters angeordneten Widerstand abfallende Spannung und vergleicht diese mit einer Referenzspannung. The control circuit preferably detects the voltage drop across a cover arranged at the base of the half-bridge of the inverter resistance voltage for monitoring the load circuit and compares it with a reference voltage. Die Überwachung des Stromes erfolgt dann während der Einschaltphase des unteren Schalters der Halbbrücke. The monitoring of the current is then carried out during the activation of the lower switch of the half bridge. Darüber hinaus ist nach dem Ausschalten eines der beiden Schalter und dem darauffolgenden Einschalten des anderen Schalter eine vorgegebene Verzögerungszeit vorgesehen, um einen Kurzschluss des Wechselrichters auszuschließen. Moreover, for a predetermined delay time after one of the two switches and the following turning on the other switch is turned off in order to prevent a short circuit of the inverter. Bei den Schaltern handelt es sich vorzugsweise um MOS- Feldeffekttransistoren, deren Gates von der Steuerschaltung mittels pulsweitenmodulierter Signale angesteuert werden. The switches are preferably MOS field effect transistors whose gates are driven by the control circuit by means of pulse-width modulated signals. Darüber hinaus kann das Vorschaltgerät eine zusätzliche Sicherheitsschaltung aufweisen, die für den Fall des zu späten Öffnens des Schalters und somit unkontrollierbarer Spannungsspitzen den Wechselrichter für einen vorübergehenden Zeitraum vollständig stilllegt. In addition, the ballast may include an additional protective circuit, which completely shuts down the inverter for a temporary period in the case of late opening of the switch and thus uncontrollable spikes. Hierzu überwacht die Steuerschaltung zusätzlich auch die Lampenspannung und vergleicht diese mit einem weiteren vorgegebenen Grenzwert. For this purpose, the control circuit also monitors the lamp voltage and compares it with a further predetermined limit value.
  • Im folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. In the following the invention with reference to the accompanying drawings is to be explained in more detail. Es zeigen: Show it:
  • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Vorschaltgerät; 1 shows a first embodiment of a circuit arrangement for the inventive ballast.
  • Fig. 2a ein Taktschema der beiden Schalter des Wechselrichters für den Fall, dass die erfindungsgemässe Regelung inaktiv, dh ein Referenzwert noch nicht überschritten ist; FIG. 2a shows a timing diagram of two switches of the inverter in the event that the inventive control is inactive, that is, a reference value has not been exceeded;
  • Fig. 2b ein Taktschema der beiden Schalter, für den Fall, dass die erfindungsgemässe Regelung aktiv, dh der Referenzwert bereits überschritten ist; FIG. 2b shows a timing diagram of the two switches, in the event that the inventive arrangements, that is, the reference value is exceeded already active;
  • Fig. 3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; 3 is a flow diagram of the method according to the invention. und and
  • Fig. 4 eine Erweiterung der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Fig. 4 is an enlargement of the circuit arrangement shown in FIG. 1.
  • Die wesentlichen Bestandteile der vorliegenden Erfindung sind in dem Schaltbild in Fig. 1 dargestellt. The essential components of the present invention are illustrated in the circuit diagram in FIG. 1. Die vor dem Wechselrichter angeordneten weiteren Elemente des Vorschaltgerätes - beispielsweise der Gleichrichter und die Glättungsschaltung - sind bereits hinlänglich bekannt und sollen daher im folgenden nicht näher erläutert werden. Arranged in front of the other inverter of the ballast elements - for example, the rectifier and the smoothing circuit - are already well known and will not therefore be explained in detail below.
  • Der Wechselrichter wird durch eine Halbbrücke aus zwei in Serie geschalteten elektronischen Schaltern Q1 und Q2 gebildet. The inverter is formed by a half-bridge comprising two series-connected electronic switches Q1 and Q2. Diese Schalter Q1, Q2 können beispielsweise durch zwei MOS-Feldeffekttransistoren gebildet werden. These switches Q1, Q2 may be formed for example by two MOS field-effect transistors. Der Fußpunkt der Halbbrücke ist über einen Shunt-Widerstand R1 mit Masse verbunden, während an dem Eingang der Halbbrücke die Gleichspannung U BUS anliegt, die beispielsweise durch die Formung der Netzspannung durch eine Kombination aus Funkentstörer und Gleichrichter erzeugt werden kann. The base of the half-bridge is connected via a shunt resistor R1 to ground, while the DC voltage U BUS applied to the input of the half bridge, which can be produced for example by the forming of the mains voltage by a combination of Funkentstörer and rectifiers. Alternativ hierzu kann allerdings auch eine beliebige andere Gleichspannungsquelle an der Halbbrücke anliegen. Alternatively, however, any other DC voltage source may be present at the half-bridge.
  • An den gemeinsamen Knotenpunkt der beiden Schalter Q1 und Q2 ist der die Gasentladungslampe LA, bei der es sich vorzugsweise um eine Leuchtstofflampe handelt, enthaltene Lastkreis angeschlossen. To the common node of the two switches Q1 and Q2 of the gas discharge lamp LA, which is preferably is a fluorescent lamp load circuit connected contained. Dieser besteht zunächst aus einem Serienresonanzkreis, der sich aus einer Drossel L1 und einem Resonanzkondensator C1 zusammensetzt. This consists firstly of a series resonant circuit composed of an inductor L1 and a resonance capacitor C1. An den Verbindungspunkt zwischen der Drossel L1 und dem Resonanzkondensator C1 ist ferner eine Serienschaltung aus einem Koppelkondensator C2 und der Gasentladungslampe LA derart angeschlossen, dass sie parallel zu dem Resonanzkondensator C1 liegt. a series circuit comprising a coupling capacitor C2, and the gas discharge lamp LA is also connected such that it is parallel to the resonance capacitor C1 to the junction point between the inductor L1 and the resonance capacitor C1.
  • Das Ansteuern der beiden Schalter Q1, Q2 des Wechselrichters erfolgt durch eine Steuerschaltung 1 , die Steuersignale an die Gates der beiden Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 übermittelt. The driving of the two switches Q1, Q2 of the inverter is performed by a control circuit 1 sends the control signals to the gates of the two field-effect transistors Q1 and Q2. Ein bei der Ansteuerung üblicherweise auftretendes Taktschema für die beiden Schalter Q1, Q2 ist in Fig. 2a dargestellt. A commonly occurring in the driving timing chart of the two switches Q1, Q2 is illustrated in Fig. 2a.
  • Gemäß dieser Darstellung beginnt eine Schaltperiode mit einem Einschalten bzw. Schließen des oberen Schalters Q1 der Halbbrücke für eine bestimmte Einschaltzeit t on , wobei unter dem Begriff "Schließen" bei der Verwendung von Feldeffekttransistoren zu verstehen ist, dass diese durchgeschaltet werden. According to this illustration, a switching period begins with a power-on or closing the upper switch Q1 of the half-bridge for a specific time t on, it being understood in the use of field effect transistors, the term "close", that these are turned on. Am Ende dieser Einschaltzeit t on wird der Schalter Q1 wieder geöffnet bzw. der Transistor gesperrt und alternierend der Schalter Q2 geschlossen. The switch is on at the end of this on-time t Q1 opened again, or the transistor frozen and alternately closing switch Q2. Zwischen dem Öffnen des Schalters Q1 und dem darauffolgenden Schließen des Schalters Q2 wird eine vorgegebene Verzögerungszeit t d abgewartet, um ein gleichzeitiges Schließen der beiden Schalter Q1, Q2 und damit einen Kurzschluss des Wechselrichters in jedem Fall zu vermeiden. Between the opening of the switch Q1 and the subsequent closing of the switch Q2 a predetermined delay time t d is waited for, in order to prevent simultaneous closing of the two switches Q1, Q2, and thus a short-circuit of the inverter in each case. Auch der zweite Schalter Q2 wird für die Einschaltzeit t on geschlossen und danach wieder geöffnet. And the second switch Q2 is closed for the time t on and then opened again. Nach einem weiteren Abwarten der Verzögerungszeit t d wird wiederum der obere Schalter Q1 geschlossen, womit eine vollständige Schaltperiode beendet wird. According to a further waiting for the delay time t d of the upper switch Q1 is again closed, thus a complete switching period is terminated.
  • Die Gesamtzeit T p einer Periode beträgt somit: The total time T p of a period is thus:
    T p = 2.(t on + t d ) T p = 2 (t on + t d)
  • Die Frequenz des Wechselrichters berechnet sich dementsprechend zu: The frequency of the inverter is calculated accordingly:


  • Während einer Startphase des Vorschaltgerätes werden zunächst die Elektroden der Lampe LA vorgeheizt, was dadurch erfolgt, dass an den Lastkreis eine Wechselspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die deutlich oberhalb der Resonanzfrequenz des Lastkreises liegt. During a start-up phase of the ballast first the electrodes of the lamp LA are preheated, which is effected by applying an alternating voltage with a frequency is applied to the load circuit, which is well above the resonant frequency of the load circuit. Die sich dadurch ergebende Spannung ist dann zu niedrig, um eine Zündung der Lampe LA hervorrufen zu können. The resulting voltage is then characterized to low, to cause ignition of the lamp LA.
  • Am Ende der Vorheizzeit wird die Zündung der Lampe LA eingeleitet, was dadurch erfolgt, dass die Einschaltzeit t on für die beiden Schalter Q1, Q2 des Wechselrichters schrittweise erhöht und dementsprechend die Betriebsfrequenz des Wechselrichters reduziert wird. At the end of preheating, the ignition of the lamp LA is started, which takes place in that the time t on increased stepwise for the two switches Q1, Q2 of the inverter and, accordingly, the operating frequency of the inverter is reduced. Die Frequenz nähert sich dann immer näher an die Resonanzfrequenz des Lastkreises an, bis die sich dabei ergebende Spannung derart groß ist, dass sie eine Zündung der Gasentladungslampe LA bewirkt. The frequency closer, then passes on to the resonance frequency of the load circuit until the thereby resulting voltage is so large that it causes an ignition of the gas discharge lamp LA. Wie bereits eingangs erläutert wurde, kann allerdings bereits vor dem Zünden der Lampe LA ein hoher Strom in dem Lastkreis auftreten, der zur Folge hat, dass die Drossel L1 nicht mehr linear wirkt und demzufolge hohe Strom- und Spannungsspitzen auftreten. As already explained, however, a high current occur before the ignition of the lamp LA in the load circuit, which has the consequence that the inductor L1 is no longer effective linear and therefore high current and voltage peaks occur.
  • Um diesen nicht-linearen Bereich ausnutzen zu können, überwacht die Steuerschaltung 1 während der Einschaltphase des unteren Schalters Q2 die Höhe des dem Lastkreis zugeführten Stromes. To exploit these non-linear range, the control circuit 1 monitors the amount of pressure applied to the load circuit during the switch of the lower switch Q2. Hierzu erfasst sie die über den Shunt-Widerstand R1 abfallende Spannung und führt sie einem Komparator 2 zu, der sie mit einer Referenzspannung V ref1 vergleicht. For this purpose, it detects the voltage drop across the shunt resistor R1 voltage and supplies it to a comparator 2 to which compares it with a reference voltage V ref1. Diese Spannung V ref1 ist derart gewählt, dass der Maximalstrom einerseits ausreicht, um eine sichere Zündung zu gewährleisten, und andererseits zu hohe Strombelastungen vermieden werden, insbesondere wenn die Drossel in Sättigung betrieben wird. This voltage V ref1 is selected such that the maximum current on the one hand sufficient to ensure reliable ignition, and also to high current loads are avoided, in particular when the reactor is operated in saturation.
  • Die Reaktion der Steuerschaltung 1 auf einen Zustand, in dem die über den Widerstand R1 abfallende Spannung den Referenzwert V ref1 also der dem Lastkreis zugeführte Strom den Maximalstrom der Drossel L1 überschreitet, ist in Fig. 2b dargestellt. The response of the control circuit 1 to a state in which the voltage drop across the resistor R1 so the voltage supplied to the load circuit current exceeds the reference value V ref1 the maximum current of the inductor L1 is shown in Fig. 2b. Die erste Hälfte der Schaltperiode entspricht dabei dem in Fig. 2a dargestellten Taktschema für den ungeregelten Fall, da im vorliegenden Beispiel die nachfolgend beschriebene Überwachung nur während der Einschaltphase des unteren Schalters Q2 stattfindet. The first half of the switching period corresponds to the clocking scheme shown in FIG. 2a for the unregulated case, as in the present example, the monitoring described below takes place only during the activation of the lower switch Q2. Zunächst wird somit der obere Schalter Q1 für die von der Steuerschaltung 1 aktuell eingestellte Einschaltzeit t on geschlossen und anschließend nach dem Öffnen des Schalters Q1 und Abwarten der Verzögerungszeit t d der untere Schalter Q2 geschlossen. First, therefore, the upper switch Q1 for the current set by the control circuit 1 on-time t on is closed, then after opening of the switch Q1 and waiting for the delay time of the lower switch Q2 t d closed.
  • Nach dem Öffnen des ersten Schalters Q1 steigt die an dem Shunt-Widerstand R1 abfallende Spannung U R1 kontinuierlich an, wie im oberen Bereich von Fig. 2 dargestellt ist. Is after opening of the first switch Q1, the voltage dropped across the shunt resistor R1 voltage U R1 increases continuously as in the upper part of FIG. 2. Dies wird von der Steuerschaltung 1 überwacht. This is monitored by the control circuit. 1 Sobald die Messspannung U R1 die Referenzspannung V ref1 übersteigt, tritt am Ausgang des Komparators 2 ein Impuls P auf, der dazu führt, dass die Steuerschaltung 1 den Schalter Q2 nach einer systembedingten Reaktionszeit t r abschaltet. Once the measurement voltage U R1 exceeds the reference voltage V ref1, a pulse P occurs at the output of the comparator 2, which causes the control circuit 1 to switch Q2 by a systemic response time t r off. Die Einschaltzeit t' on des unteren Schalters Q2 wird damit gegenüber der Einschaltzeit t on des oberen Schalters Q1 reduziert. The on-time t 'on the lower switch Q2 is thus against the time t on the upper switch Q1 is reduced. Nach dem Abwarten der Verzögerungszeit t d wird dann wiederum der erste Schalter Q1 normal, dh für die zuvor festgelegte Einschaltzeit t on ein- und wieder ausgeschaltet. After waiting the delay time t d, the first switch Q1 is then normal again, ie switched off for the predetermined time t on one and again.
  • Durch das vorzeitige Öffnen und die sich dadurch ergebende Verkürzung der Einschaltzeit t' on für den Schalters Q2 wird somit die Gesamtdauer Of the premature opening and the resulting thereby shortening the on-time 't on for the switch Q2 is thus the total duration of
    T' p = 2.t d + t on + t' on T '= 2.t p + d t on + t' on
    der Schaltperiode reduziert und damit die Frequenz the switching period is reduced and thus the frequency


    des Wechselrichters kurzfristig erhöht. increases the inverter short term. Hierdurch wird einem unkontrollierten Betrieb im Sättigungsbereich der Drossel L1 und den sich daraus ergebenden negativen Folgen für die Schaltung entgegenwirkt. In this way, an uncontrolled operating in the saturation region of the throttle is counteracted L1 and the resultant negative consequences for the circuit. Die von der Steuerschaltung 1 zuvor eingestellte Einschaltzeit t on wird allerdings für die darauffolgenden Schaltperioden beibehalten, wobei der untere Schalter Q2 wiederholt regulär ein aber ggf. in der oben beschriebenen Weise vorzeitig abgeschaltet wird. The previously set by the control circuit 1 on-time t on is, however, retained for subsequent switching periods, the lower switch Q2 is repeated regularly, but if necessary, a shut off prematurely in the manner described above. Die Schaltung wird damit nahe der Grenze zum nicht-linearen Bereich der Drossel L1 betrieben und zwar über einen längeren Zeitraum hinweg, so dass letztendlich eine sichere Zündung der Lampe LA ermöglicht wird. The circuit is so operated near the border with the non-linear region of the inductor L1 and indeed over a longer period of time, so that ultimately a reliable ignition of the lamp LA is enabled.
  • Das soeben beschriebene erfindungsgemäße Schaltverhalten ist in dem Flussdiagramm in Fig. 3 zusammengefasst. The switching behavior of the invention just described is summarized in the flow chart in Fig. 3. Die ersten beiden Schritte 100 und 101 des Verfahrens bestehen - wie zuvor beschrieben - darin, dass der obere Schalter Q1 eingeschaltet und nach Ablauf der Einschaltzeit normal wieder ausgeschaltet wird. The first two steps 100 and 101 of the process are - as described above - that the upper switch Q1 is turned on and off again after the normal on-time. Nach dem Abwarten der Verzögerungszeit t d im Schritt 102 wird der untere Schalter Q2 in Schritt 103 eingeschaltet. After waiting the delay time t d in step 102, the lower switch Q2 is turned on in step 103rd Während der Einschaltzeit des Schalters Q2 wird kontinuierlich überprüft, ob die Referenzspannung V ref1 erreicht wurde (Schritt 104 ). During the time of the switch Q2 is continuously checked whether the reference voltage V ref1 is reached (step 104). Ist dies nicht der Fall, so wird ein interner Zählwert R der Steuerschaltung 1 um erhöht (Schritt 105 ) und der Schalter Q2 regulär ausgeschaltet (Schritt 106 ). If this is not the case, an internal value R of the control circuit 1 to increase (step 105) and the switch Q2 is regularly turned off (step 106).
  • Das Erhöhen des Zählwerts R in Schritt 105 hat ein Erhöhen der Einschaltzeit t on für die beiden Schalter Q1 und Q2 zur Folge. Increasing the count value R in step 105 has increasing the time t on for the two switches Q1 and Q2 result. Dies deshalb, da die Einschaltzeit aus dem Zählwert R abgeleitet wird, indem beispielsweise ein interner Zähler der Steuerschaltung 1 bis zu dem Wert R zählt. This is because the on-time from the count value R is derived by, for example, an internal counter of the control circuit 1 to one of the R value. Damit gilt: Thus applies:
    t on = RT cl t on = RT cl
    wobei T cl der Dauer des Basistaktes eines internen Zeitgebers der Steuerschaltung 1 entspricht. wherein T cl corresponds to the duration of the basic clock of an internal timer of the control circuit. 1
  • Nach dem Ausschalten des Schalters Q2 und dem Abwarten der Verzögerungszeit t d in Schritt 108 ist ein Zyklus vollständig durchlaufen und der Schalter Q1 wird erneut eingeschaltet, allerdings nun für eine etwas verlängerte Einschaltzeit. After the switch Q2 and the waiting for the delay time t d is switched off in step 108 is a cycle completely through and the switch Q1 is turned on again, but now for a slightly extended on-time.
  • Ergibt allerdings die Abfrage in Schritt 104 , dass die Referenzspannung V ref1 erreicht wurde, so wird der Schalter Q2 sofort ausgeschaltet (Schritt 107 ) und vor einem erneuten Einschalten des Schalters Q1 die Verzögerungszeit in Schritt 108 abgewartet. However, If the query in step 104 that the reference voltage V ref1 is reached, the switch Q2 is turned off once (step 107) and wait for the delay time in step 108 before a renewed switching on of the switch Q1. In diesem Fall wird somit der Zählwert R und damit die Einschaltdauer für die beiden Schalter Q1 und Q2 nicht mehr erhöht, was - wie zuvor erläutert wurde - zur Folge hat, dass ein kontrollierter Betrieb der Drossel realisiert wird. In this case, therefore, the count value R, and therefore the duty cycle for the two switches Q1 and Q2 is no longer increased, which - as explained before - with the result that a controlled operation of the throttle is realized.
  • Ergänzend zu dem eben beschriebenen Programmablauf ist anzumerken, dass der Zählwert R nicht bei jedem Durchlauf angehoben werden muss. In addition to the just described program sequence is to be noted that the count R does not need to be raised on each pass. Beispielsweise kann ein Erhöhen des Zählwerts R auch lediglich bei jedem dritten oder fünften Durchlauf erfolgen, abhängig davon, wie schnell die Frequenz des Wechselrichters während des Zündbetriebs reduziert werden soll. For example, increasing the count value R also only every third or fifth pass can be carried out, depending on how fast the frequency of the inverter to be reduced during the ignition operation.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zwar eine zuverlässige Zündung der Lampe LA auch bei Verwendung einer kleineren Drossel, es kann allerdings nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass aufgrund unvorhersehbarer Umstände vorübergehend erhöhte Spannungsspitzen in dem Lastkreis auftreten. Although the process according to the invention allows a reliable ignition of the lamp LA, even when using a smaller reactor, but it can not be completely excluded that occur due to unforeseen circumstances temporarily increased voltage peaks in the load circuit. In Fig. 4 ist daher eine erweiterte Variante der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt, bei der zusätzlich eine Überwachung der Lampenspannung erfolgt. Therefore, in FIG. 4 an extended version of the circuit according to the invention, is additionally performed a monitoring of the lamp voltage at the. Die an der Lampe LA abfallende Spannung wird hier einem weiteren Komparator 3 zugeführt, der sie mit einem weiteren Referenzwert V ref2 vergleicht. The voltage dropping at the lamp LA voltage is supplied here to a further comparator 3 which compares it with a further reference value V ref2. Übersteigt die Lampenspannung diesen zweiten Referenzwert V ref2 , so schaltet die Steuerschaltung 1 den Wechselrichter für eine kurzen Zeitraum vollständig ab, um eine Beschädigung der gesamten Schaltungsanordnung zu vermeiden. Exceeds the lamp voltage V ref2 this second reference value, the control circuit 1 turns on the inverter for a short period of time from completely in order to avoid damage to the entire circuit arrangement.
  • Durch die Kombination der Überwachung von Lastkreisstrom und Lampenspannung kann somit eine nochmals erhöhte Betriebssicherheit erhalten werden. By combining the monitoring of the load circuit current and lamp voltage thus a further increased operational reliability can be obtained.

Claims (12)

1. Elektronisches Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe, vorzugsweise für eine Leuchtstofflampe (LA), mit einem mit einer Gleichspannungsquelle (U BUS ) verbundenen Wechselrichter sowie einem an den Wechselrichter angeschlossenen Lastkreis, der die Lampe (LA) und einen Serienresonanzkreis aufweist, 1. An electronic ballast for at least one gas discharge lamp, preferably for a fluorescent lamp (LA) associated with a with a DC voltage source (U BUS) inverter and an input connected to the inverter load circuit of the lamp (LA) and a series resonant circuit,
wobei der Wechselrichter durch zwei in einer Halbbrückenanordnung angeordnete Schalter (Q1, Q2) gebildet ist, die von einer Steuerschaltung ( 1 ) während einer Zündphase derart alternierend angteuerbar sind, dass ihre Einschaltzeit (t on ) schrittweise erhöht wird, wherein the inverter is formed by two arranged in a half bridge arrangement of switches (Q1, Q2) which are so alternately angteuerbar by a control circuit (1) during an ignition phase that their switch-on time (t on) is increased step by step,
dadurch gekennzeichnet , characterized in
dass die Steuerschaltung ( 1 ) während der Einschaltzeit eines der beiden Schalter (Q1, Q2) die Höhe des dem Lastkreis zugeführten Stromes überwacht und für den Fall, dass der Strom einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, den Schalter (Q1, Q2) vorzeitig öffnet und dann regulär wieder einschaltet. that the control circuit (1) during the ON time of one of the two switches (Q1, Q2) monitors the amount of pressure applied to the load circuit and in the event that the current exceeds a predetermined reference value, the switch (Q1, Q2) opens prematurely and then regularly on again.
2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Referenzwert so eingestellt ist, dass eine in dem Serienresonanzkreis enthaltene Drossel (L1) in Sättigung betrieben ist. 2. Electronic ballast according to claim 1, characterized in that the predetermined reference value is set so that a throttle contained in the series resonance circuit (L1) is operated in saturation.
3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) zum Überwachen des Stromes die über einen am Fußpunkt der Halbbrücke angeordneten Widerstand (R1) abfallende Spannung (U R1 ) erfasst und mit einer Referenzspannung (V ref1 ) vergleicht. 3. Electronic ballast according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit (1) for monitoring the current via a arranged at the foot point of the half bridge resistor (R1) falling voltage (U R1) is detected and to a reference voltage (V ref1) compares.
4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) die Höhe des dem Lastkreis zugeführten Stromes während der Einschaltzeit des unteren Schalters (Q2) der Halbbrücke überwacht. 4. Electronic ballast according to claim 3, characterized in that the control circuit (1) the amount supplied to the load circuit during the switch-on time of the lower switch (Q2) monitors the half-bridge.
5. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) zwischen dem Ausschalten eines der beiden Schalter (Q1, Q2) und dem darauffolgenden Einschalten des anderen Schalter (Q1, Q2) eine vorgegebene Verzögerungszeit (t d ) abwartet. 5. Electronic ballast according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control circuit (1) between turning off one of the two switches (Q1, Q2) and the subsequent switching on of the other switch (Q1, Q2) a predetermined delay time (t d) waits.
6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden Schaltern um Feldeffekttransistoren (Q1, Q2) handelt. 6. Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that it concerns with the two switches are field-effect transistors (Q1, Q2).
7. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) die beiden Schalter (Q1, Q2) mittels Impulssignalen ansteuert. 7. Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (1) controls the two switches (Q1, Q2) by means of pulse signals.
8. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) ferner auch die an der Lampe (LA) anliegende Spannung überwacht und für den Fall, dass diese einen vorgegebenen weiteren Referenzwert (V ref2 ) überschreitet, den Wechselrichter verübergehend ausschaltet. 8. Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (1) further monitors also across the lamp (LA) applied voltage and in the event that this exceeds a predetermined further reference value (V ref2), the inverter verübergehend off.
9. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) vor der Zündphase den Lastkreis in einem Vorheizbetrieb zum Heizen der Lampenelektroden ansteuert. 9. Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (1) controls the load circuit in a pre-heating operation for heating the lamp electrodes prior to ignition phase.
10. Elektronisches Vorschaltgerät nach eine mder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ( 1 ) die Einschaltzeit (t ON ) erst erhöht, wenn die Schalter (Q1, Q2) das Taktschema mehrfach durchlaufen haben. 10. The electronic ballast of a Mder preceding claims, characterized in that the control circuit (1), the on-time (t ON) only increased when the switches (Q1, Q2) have passed through the clocking scheme several times.
11. Verfahren zum Betrieb eines elektronisches Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe, vorzugsweise für eine Leuchtstofflampe (LA), mit einem mit einer Gleichspannungsquelle (U BUS ) verbundenen Wechselrichter sowie einem an den Wechselrichter angeschlossenen Lastkreis, der die Lampe (LA) und einen Serienresonanzkreis aufweist, Having 11. A method for operating an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, preferably for a fluorescent lamp (LA) associated with a with a DC voltage source (U BUS) inverter and an input connected to the inverter load circuit of the lamp (LA) and a series resonant circuit .
wobei der Wechselrichter durch zwei in einer Halbbrückenanordnung angeordnete Schalter (Q1, Q2) gebildet ist, die während einer Zündphase derart alternierend angesteuert werden, dass ihre Einschaltzeit (t on ) schrittweise erhöht wird, wherein the inverter is formed by two arranged in a half bridge arrangement of switches (Q1, Q2) which are driven in such alternately during an ignition phase that their switch-on time (t on) is increased step by step,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass während der Einschaltzeit eines der beiden Schalter (Q1, Q2) die Höhe des dem Lastkreis zugeführten Stromes überwacht und für den Fall, dass der Strom einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, der Schalter (Q1, Q2) vorzeitig geöffnet und dann regulär wieder eingeschaltet wird. that during the ON time of one of the two switches (Q1, Q2) monitors the amount of pressure applied to the load circuit and in the event that the current exceeds a predetermined reference value, the switch (Q1, Q2) is opened prematurely, then regularly switched on again.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Serienresonanzkreis enthaltene Drossel (L1) durch entsprechende Wahl des Referenzwerts in Sättigung betrieben wird. 12. The method according to claim 11, characterized in characterized in that an inductor included in the series resonant circuit (L1) is operated by an appropriate selection of the reference value in saturation.
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