DE10225880A1

DE10225880A1 - Entladungslampenbetriebsschaltung mit einer Stromregelschaltung und einer Schaltung zur Detektion der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb

Info

Publication number: DE10225880A1
Application number: DE10225880A
Authority: DE
Inventors: Olaf Busse; Markus Heckmann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2003-12-24
Also published as: CA2431666A1; EP1372362A3; US20040036426A1; EP1372362A2; US6828737B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für eine Entladungslampe mit einer Stromregelschaltung zum Regeln des Lampenstroms und einer Detektionsschaltung zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb des Lastkreises. Die Betriebsschaltung ist dazu ausgelegt, bei einer Erkennung der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb den Stromsollwert zu verkleinern.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betriebsschaltung für Entladungslampen.
Sie bezieht sich dabei auf Betriebsschaltungen, die die Entladungslampe mit einer Hochfrequenzversorgungsleistung versorgen, die über eine Oszillatorschaltung aus einer Versorgungsleistung gewonnen wird. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf den Fall, dass die Versorgungsleistung für die Oszillatorschaltung auf eine Wechselspannungsversorgungsleistung zurückgeht, die gleichgerichtet wird. Solche Betriebsschaltungen sind allgemein üblich, insbesondere bei Niederdruckentladungslampen, und müssen daher nicht in Einzelheiten erläutert werden.

Stand der Technik

Die Oszillatorschaltung versorgt dabei einen sogenannten Lastkreis, in den die Entladungslampe geschaltet ist, und der von einem durch die Oszillatorschaltung erzeugten hochfrequenten Lampenstrom durchflossen wird. Der Lastkreis definiert dabei eine Resonanzfrequenz, die durch verschiedene elektrische Parameter des Lastkreises beeinflusst wird und u. a. auch vom Betriebszustand der Entladungslampe abhängt. Man ist bemüht, den Lastkreis im Dauerbetrieb der Entladungslampe relativ nah an der Resonanzfrequenz zu betreiben. Dies hat den Vorteil geringer Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung und damit geringer Blindströme. Davon profitiert man bei der Bauteildimensionierung insbesondere einer Lampendrossel. Im übrigen enthält die die Hochfrequenzversorgungsleistung erzeugende Oszillatorschaltung regelmäßig Schaltelemente. Bei geringen Phasenverschiebungen infolge eines resonanznahen Betriebes sind die Schaltverluste in den Schaltelementen relativ klein. Dies hat Vorteile im Hinblick auf die Effizienz der Betriebsschaltung sowie auf die thermische Belastung und die Dimensionierung der Schaltelemente.

Im Regelfall wird angestrebt, im sogenannten induktiven Bereich zu arbeiten, also mit einer gegenüber der Resonanzfrequenz des Lastkreises erhöhten Betriebsfrequenz der Oszillatorschaltung. Dabei muss man allerdings vermeiden, dass die Betriebsfrequenz der Oszillatorschaltung kleiner wird als die Resonanzfrequenz, weil sich im kapazitiven Betrieb, also bei kleinerer Betriebsfrequenz als die Resonanzfrequenz, störende Stromspitzen in den Schaltelementen und andere Schwierigkeiten ergeben können. Insbesondere kann sich durch eine Fehlsynchronisation zwischen den Schaltzeitpunkten und dem Lampendrosselstrom im kapazitiven Betrieb eine ausgeprägte positive Stromspitze zu Beginn einer von einem Schaltelement getragenen Lampenstromhalbwelle ergeben. Es wird also insgesamt angestrebt, möglichst nah an der Resonanzfrequenz zu arbeiten, wobei jedoch ein Unterschreiten derselben möglichst nicht oder nur begrenzt auftreten soll.

Allerdings treten infolge von Temperaturänderungen und Alterungsprozessen wie Elektrodenabbrand, Quecksilberdiffusion in Leuchtstoffen und anderen Alterungsphänomenen sowie auch infolge der Exemplarstreuung zwischen verschiedenen individuellen Entladungslampen Schwankungen der Lampenimpedanz (bezogen auf den Dauerbetrieb) auf.

Infolge dieser Lampenimpedanzschwankungen und der üblichen Bauteiltoleranzen lassen sich die Betriebsschaltungen nicht ohne weiteres relativ genau auf einen resonanznahen Betrieb einstellen. Vielmehr wird aus Sicherheitsgründen ein relativ großer Abstand von der nominellen Resonanzfrequenz gehalten, der die aufgeführten Schwankungen und Toleranzen berücksichtigt. Daraus entstehen höhere Bauteilkosten und erhöhter Platzbedarf wegen entsprechend größerer Dimensionierung sowie Effizienzeinbußen.

Daher ist bereits versucht worden, Betriebsschaltungen der dargestellten Bauart mit Detektionsschaltungen zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb des Lastkreises auszustatten. Beispielsweise zeigt die US 6 331 755 in ihrer Fig. 5 einen Widerstand RCS zum Messen eines Lampendrosselstroms und einen Komparator COMP zum Vergleichen dieses Drosselstroms mit einem Schwellenwert. Der Vergleich findet an einer Ausschaltflanke eines Schalttransistors einer Halbbrückenoszillatorschaltung statt. Je näher die Betriebsfrequenz der Resonanzfrequenz und damit dem kapazitiven Betrieb kommt, umso kleiner wird nicht nur ein vorzeichenumgekehrter Einschaltpeak der Messspannung an dem Widerstand RCS, sondern umso stärker sinkt auch die Messspannung am Ende der Einschaltzeit des erwähnten Schalttransistors ab. Damit kann mit dem Schwellenwert ein Grenzzustand eingestellt werden, bei dem die Schaltung insgesamt ausgeschaltet wird (in der dortigen Fig. 6 rechts eingezeichnet), wenn der Betrieb zu resonanznah wird.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zu Grunde, eine Betriebsschaltung für eine Entladungslampe mit einer Oszillatorschaltung und einer Detektionsschaltung zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb des Lastkreises weiter zu verbessern.

Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung des dargestellten Typs, bei der eine Regelschaltung zum Regeln des Lastkreises, insbesondere der Lampenleistung oder des Lampenstromes auf einen Regelsollwert vorgesehen ist und die Betriebsschaltung dazu ausgelegt ist, ansprechend auf eine Erkennung der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb durch die Detektionsschaltung den Regelsollwert zu verkleinern.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebsschaltung bei der Erkennung einer bestimmten Nähe zu dem kapazitiven Betrieb nicht, wie im Stand der Technik, ausgeschaltet wird, sondern zumindest im Regelfall weiterbetrieben wird. Die Erkennung der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb soll also zu einer Beeinflussung der Betriebsweise führen, so dass diese Nähe zumindest nicht weiter verstärkt oder sogar verringert wird, um den Betrieb fortsetzen zu können. Dazu wird der Regelsollwert, also etwa der Leistungs- oder Stromsollwert, einer Regelschaltung verkleinert. Die Regelschaltung hat an sich den Sinn und Vorteil, die Beeinflussung des Lampenbetriebs durch Exemplarstreuungen und zeitlich auftretende Schwankungen wie Temperaturschwankungen oder Alterungseinflüsse zu verringern. Bei der Erfindung bietet eine Regelschaltung zudem eine besonders günstige und einfache Möglichkeit der Verhinderung eines kapazitiven Betriebs durch Beeinflussung des Regelsollwerts. Mit der Veränderung des Regelsollwerts kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Regelschaltung ferner eine indirekte Beeinflussung der Betriebsfrequenz der Oszillatorschaltung verbunden sein, weil die Regelschaltung vorzugsweise auf die Betriebsfrequenz Einfluss nimmt, um den Lastkreis zu regeln. Anschaulich gesprochen ist die erfindungsgemäße Betriebsschaltung also dazu ausgelegt, sich im Dauerbetrieb nicht zu nahe an den kapazitiven Betrieb anzunähern und bei zu großer Nähe einer weiteren Annäherung entgegen zu wirken, jedoch den Lampenbetrieb fortzusetzen. Aus der Sicht der Erfindung ist es nämlich eher tolerierbar, dass die Entladungslampe in solchen Fällen geringfügig dunkler wird, als dass sie ganz ausgeschaltet wird.

Vorzugsweise zeichnet sich die Erfindung durch eine besonders günstige Form der Erkennung der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb durch die Detektionsschaltung aus. Dazu erfasst die Detektionsschaltung die Höhe von Schwankungen des Lampenstroms entsprechend der Frequenz der Versorgungsleistung. Wenn die Oszillatorschaltung mit einer gleichgerichteten Wechselspannungs-Versorgungsleistung versorgt wird, schwankt die Versorgungsleistung der Oszillatorschaltung mit den durch die Wechselspannungsfrequenz gegebenen Schwankungen der gleichgerichteten Versorgungsspannung (sogenannte Zwischenkreisspannung). Die Zwischenkreisspannung ist also mit der doppelten Frequenz der ursprünglichen Wechselspannung moduliert. Die Verdoppelung der Frequenz ist eine Folge der Gleichrichtung. Es ist theoretisch auch denkbar, dass hier keine Frequenzverdoppelung auftritt; jedenfalls steht die Modulation der Zwischenkreisspannung in Beziehung zu der Frequenz der ursprünglichen Wechselspannung.

Diese Zwischenkreispannungsmodulation ist in aller Regel noch im Lampenstrom selbst messbar, und zwar auch dann, wenn der Lampenstrom durch eine Strom- oder Leistungsregelschaltung geregelt wird. Regelschaltungen sind je nach technischem Aufwand nur begrenzt in der Lage, diese Modulation abzuschwächen.

Dies gilt übrigens auch für den Fall, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, dass die gleichgerichtete Wechselspannungs- Versorgungsleistung durch eine PFC-Schaltung (Power Factor Correction, sogenannte Leistungsfaktorkorrektur) zu einer weitgehend konstanten Gleichspannung gewandelt wird. Die PFC-Schaltung dient zur Begrenzung des Oberwellengehalts der Leistungsaufnahme aus dem Wechselspannungsnetz und lädt in der Regel einen Speicherkondensator auf die Zwischenkreisgleichspannung auf. Die Zwischenkreisspannung ist auch dann in gewissem Umfang entsprechend der Wechselspannungsfrequenz moduliert.

Die Höhe der Lampenstromschwankungen hängt von der Nähe zu der Resonanzfrequenz und damit von der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb ab. Dies folgt aus der Zunahme des Lampenstroms mit zunehmender Resonanznähe einerseits und der Modulation der Resonanznähe durch die Zwischenkreisspannungsmodulation andererseits.

Damit bietet die Höhe der Schwankungen des Lampenstroms eine besonders einfache Möglichkeit zur Erfassung der Nähe zum kapazitiven Betrieb. Insbesondere handelt es sich dabei um ein beispielsweise mit der doppelten Netzfrequenz des Wechselspannungsnetzes veränderliches Signal, das insoweit keine wesentlichen messtechnischen Schwierigkeiten bietet. Andererseits sind die konventionellen Lösungen zur Erfassung der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb mit der Betriebsfrequenz der Oszillatorschaltung selbst verknüpft und müssen auf diese Phasen bezogen sein, was einen erheblich höheren schaltungstechnischen Aufwand bedingt. Der Lampenstrom muss bei der Erfindung ohnehin gemessen werden, um die bereits erwähnte Stromregelung durchzuführen. Daher ist die Erfindung insgesamt mit einem umso geringeren zusätzlichen Aufwand verbunden.

Dabei wird hier allgemein von einer veränderlichen Versorgungsleistung gesprochen. Dies kann, wie oben ausgeführt, zum einen eine gleichgerichtete Wechselspannungs-Versorgungsleistung sein. Die Erfindung umfasst aber auch den Fall, dass die Betriebsschaltung an einer Gleichspannungsquelle betrieben wird. Dann entfällt die Notwendigkeit eines Gleichrichters bzw. ist ein ohnehin vorgesehener Gleichrichter wirkungslos. Auch in diesem Fall kann es jedoch erwünscht sein, die Erfindung zu verwenden. Dazu kann die Gleichspannung bzw. Zwischenkreisspannung bewusst moduliert werden. Neben der Möglichkeit der erfindungsgemäßen Detektion der Nähe zu einem kapazitiven Lastkreisbetrieb hat dies außerdem den Vorteil, dass sich infolge der Modulation eine Verbreiterung des Frequenzspektrums von durch die Betriebsschaltung zu der Gleichspannungsquelle übertragenen hochfrequenten Störungen ergibt. Die Störungen sind damit weniger problematisch, weil sie in einem breiteren und damit flacheren Störspektrum auftreten. Die veränderlichen Versorgungsleistungen im Sinn der Ansprüche können also auch bewusst modulierte Gleichspannungsversorgungsleistungen sein. Insbesondere zieht die Erfindung auch Kombinationsbetriebsschaltungen in Betracht, die sowohl für den Betrieb an Gleichspannungs- als auch an Wechselspannungsquellen vorgesehen sind.

Ferner richtet sich die Erfindung alternativ zu einer Erfassung der Höhe der Schwankungen des Lampenstroms selbst auch auf den Fall, dass der Lampenstrom durch eine Regelschaltung zur Regelung des Lastkreises, also insbesondere des Lampenstromes oder der Lampenleistung, bestimmt wird, wobei dann eine Stellgröße der Regelschaltung, also die Veränderungen in der Regelschaltung in dem Bemühen der Regelschaltung zum Konstanthalten der Regelgröße, erfasst wird. Die Stellgröße könnte dann als Abbildung der Lampenstromschwankungen aufgefasst werden, selbst wenn letztere nicht oder nur in geringem Umfang auftreten.

Die Regelschaltung weist vorzugsweise ein I-Regelglied auf, also ein integrierendes Element, um die vergleichsweise langsamen Parameteränderungen in der Entladungslampe im Sinne der beschriebenen Impedanzänderungen durch Alterung oder andere langfristige Schwankungen zu kompensieren. In vielen Fällen wird ein solches I-Regelglied ausreichen. Es kann bei Bedarf durch ein P-Regelglied (Proportionalelement) oder eine andere zusätzliche Einrichtung zur besseren Berücksichtigung der Zwischenkreisspannungsmodulation ergänzt werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Detektionsschaltung die Höhe der Schwankungen mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und, solange der Schwellenwert nicht überschritten wird, den Betrieb nicht weiter beeinflusst. Wird der Schwellenwert überschritten, kann die Detektionsschaltung den Regelsollwert entweder entsprechend einem Regelungszusammenhang kontinuierlich verändern oder auch um eine vorgegebene feste Größe verändern, wie dies im Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Jedenfalls ist vorzugsweise durch den Vergleich mit dem Schwellenwert eine Funktion der Detektionsschaltung gegeben, die den Betrieb im Normalfall nicht beeinflusst.

Insbesondere kann die Regelschaltung und übrige Steuerung der Oszillatorschaltung durch eine integrierte Digitalschaltung erfolgen, die lediglich einige Zusatzfunktionen aufweisen muss. Darüber hinaus kann es sich bei der Digitalschaltung um eine programmierbare Schaltung bzw. einen sogenannten Mikrocontroller handeln, wobei sich der für die Erfindung notwendige Zusatzaufwand auf eine reine Softwareergänzung beschränken kann.

Eine solche digitale Steuerschaltung bzw. ein solcher Mikrocontroller kann insbesondere neben der Steuerung der Oszillatorschaltung auch die Steuerung der erwähnten PFC-Schaltung übernehmen.

Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht, wobei die dabei dargestellten Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die vorstehende und die nachfolgende Beschreibung auch im Hinblick auf die Verfahrenskategorie zu verstehen ist.

Fig. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;

Fig. 2a zeigt schematisiert den Zusammenhang zwischen Zwischenkreisspannung, Entladungslampenstrom und qualitativer Stromform in Schaltelementen einer Oszillatorschaltung bei einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung;

Fig. 2b entspricht Fig. 2a, bezieht sich jedoch auf einen resonanznäheren Betriebszustand;

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Programmablaufs in einer Steuerschaltung der Betriebsschaltung aus Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Niederdruckentladungslampe mit zwei Glühwendelelektroden 2 und 3. Zwischen einem Masseanschluß 4 und einer Zwischenkreisversorgungsspannung 5 liegt eine an sich bekannte Oszillatorhalbbrückenschaltung mit zwei Schalttransistoren 6 und 7. Durch einen alternierenden Schaltbetrieb der beiden Schalttransistoren 6 und 7 läßt sich ein Mittenabgriff 8 zwischen der Zwischenkreisversorgungsspannung und dem Massepotential hin- und herschalten. Dadurch kann aus der an dem Anschluß 5 anliegenden gleichgerichteten Zwischenkreisversorgungsspannung, die über eine an sich bekannte Gleichrichterbrückenschaltung mit einer PFC-Schaltung aus einer Netzspannung gewonnen wird, eine hochfrequente Versorgungsspannung für die Entladungslampe 1 erzeugt werden.

Bei der in Fig. 1 nicht dargestellten PFC-Schaltung kann es sich um einen sogenannten Hochsetzsteller handeln, dessen Aufbau an sich bekannt und für die Erfindung nicht im Einzelnen von Interesse ist. Es kann sich auch um eine andere PFC-Schaltung handeln. Trotz PFC-Schaltung verbleibt jedoch eine gewisse Restmodulation der Zwischenkreisspannung mit der doppelten Netzfrequenz, gewöhnlich also mit 100 Hz.

Zwischen den Masseanschluß 4 und den Mittenabgriff 8 sind in Serie ein sogenannter Koppelkondensator 9, eine Lampendrossel 10 und die Entladungslampe 1 geschaltet. Der Koppelkondensator 9 dient zur Abkopplung der Entladungslampe 1 von Gleichstromanteilen; die Lampendrossel 10 dient insbesondere zur Kompensation der stellenweise negativen Ableitung der Stromspannungskennlinie der Entladungslampe 1. Beide Schaltungsbauteile sind in dieser Funktion allgemein bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden.

Das Gleiche gilt für einen parallel zu der Entladungslampe 1 und ebenfalls in Serie zu dem Koppelkondensator 9 und der Lampendrossel 10 liegenden Resonanzkondensator 11, der zur Erzeugung von resonanzüberhöhten Zündspannungsamplituden zum Zünden der Entladungslampe 1 dient.

Soweit bislang beschrieben, ist die Betriebsschaltung völlig konventionell aufgebaut. Allerdings werden die Steueranschlüsse der Schalttransistoren 6 und 7, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, durch Steuersignale aus einer digitalen Steuerschaltung 12 gesteuert. Die digitale Steuerschaltung 12 ist ein programmierbarer Mikrocontroller und erfaßt über einen Messwiderstand 13 ein die Höhe des Stroms durch die Lampendrossel 10 anzeigendes Signal.

Die Steuerschaltung 12 enthält insbesondere eine Stromregelschaltung, die den über den Widerstand 13 abgegriffenen Lampenstrom auf einen weitgehend konstanten Wert I_Lamp regelt. Die Funktionsweise der Steuerschaltung 12 ist in Fig. 3 näher dargestellt.

Die Steuerschaltung 12 kann also über den Messwiderstand 13 den Lampenstrom I_Lamp messen, regelt ferner über die Betriebsfrequenz des Halbbrückenoszillators mit den Schalttransistoren 6 und 7 auf einen konstanten Lampenstrom und ist schließlich durch Auswertung der verbleibenden Modulation der Lampenstromamplitude infolge der Modulation der Zwischenkreisspannung imstande, eine zu nahe an einem kapazitiven Betrieb liegende Betriebsweise zu erkennen. Dazu wird, wie anhand von Fig. 3 erläutert wird, ein Schwellenwert für die in den Fig. 2a und 2b dargestellte Differenz zwischen dem Lampenstromamplitudenmaximum I_max und -minimum I_min verwendet.

Die Fig. 2a und 2b zeigen schematisch die qualitative Form der erwähnten Schwankungen für einen in Fig. 2a dargestellten resonanznahen, jedoch günstigen Betriebszustand und einen in Fig. 2b dargestellten ungünstigen Betriebszustand. Man erkennt die Änderung der Höhe der Schwankungen des an dem Widerstand 13 abgegriffenen Lampenstromes I_Lamp und die entsprechenden Änderungen der zwischen dem Punkt 5 und dem Masseanschluss 4 anliegenden Zwischenkreisspannung U_ZW. Der Lampenstrom ist mit seinen Einhüllenden dargestellt, die die Schwankungen der Amplitude mit der Zwischenkreisspannung U_ZW veranschaulicht. Tatsächlich oszilliert der Lampenstrom I_Lamp mit der Betriebsfrequenz der Halbbrückenoszillatorschaltung, was in den Fig. 2a und 2b nur schematisch angedeutet ist.

Im jeweiligen unteren Bereich der Figuren sind qualitative Stromformen der durch den jeweils geschlossenen Schalttransistor 6 bzw. 7 fließenden Halbperiodenströme dargestellt. Der in der jeweiligen linken Stromform zunächst erkennbare begrenzte negative Ausschlag ist typisch für den induktiven Betrieb und bedeutet, dass der Strom der Spannung nachläuft. So lange die negative Spitze nicht zu ausgeprägt ist, kann dies als günstiger Betriebszustand angesehen werden. In Fig. 2a erkennt man in der rechten Stromform, dass im Bereich der kleinen Amplituden des Lampenstromes, also der minimalen Zwischenkreisspannungen U_ZW, der den induktiven Betrieb anzeigende negative Ausschlag fast verschwunden ist. Die Nähe zum kapazitiven Betrieb schwankt also mit der Zwischenkreisspannung U_ZW. Dementsprechend zeigt die rechte Stromform in Fig. 2b eine ausgeprägte positive Spitze am Anfang der Stromform, die einen beginnenden kapazitiven Betrieb symbolisiert. Diese Spitze führt zu thermischen Belastungen und möglicherweise Schäden der Schalttransistoren 6 und 7 und soll vermieden werden.

Fig. 3 zeigt in Form eines Blockdiagramms die Funktionsweise der Betriebsschaltung aus Fig. 1. Der dargestellte Ablauf läuft als in den Mikrocontroller 12 eingespeicherte Software ab. Gemäß dem oberen Ende des Blockdiagramms wird eine gemessene Zwischenkreisspannung (zwischen den Punkten 4 und 5 in Fig. 1) U_ZW von einer Sollzwischenwertspannung U_ZW-Soll subtrahiert. Die Differenz wird über ein mit I symbolisiertes Integrationsglied aufintegriert, mit einer mit k₃ bezeichneten Normierungskonstante multipliziert und zur Regelung der in Fig. 1 nicht dargestellten PFC- Schaltung auf eine konstante Ausgangsspannung verwendet. Dazu werden die Schaltvorgänge des Schalttransistors eines Schalttransistors der PFC- Schaltung, etwa eines Hochsetzstellers, entsprechend getaktet, d. h. letztlich die Betriebsfrequenz des Schalttransistors so verändert, dass die Ausgangsspannung und damit die Zwischenkreisspannung U_ZW möglichst konstant ist. Diese Zwischenkreisspannung gibt die PFC-Schaltung über die Punkte 4 und 5 in Fig. 1 an den durch die Schalttransistoren 6 und 7 gebildeten Halbbrückenoszillator und den die Lampe 1 enthaltenden Lastkreis aus.

Der Halbbrückenoszillator mit den Schalttransistoren 6 und 7 liefert den durch die Lampe 1 fließenden Lampenstrom I_Lamp, der über den Messwiderstand 13 von dem Mikrocontroller 12 gemessen wird. Dies ist durch den aus dem Halbbrückenoszillator in Fig. 3 nach rechts heraustretenden Pfeil symbolisiert. In dem Mikrocontroller wird der Lampenstrom durch die mit den entsprechenden elektrotechnischen Schaltsymbolen bezeichneten Elemente gleichgerichtet und verstärkt, dann in einem mit PT₁ bezeichneten Tiefpassglied im Sinne einer Mittelwertsbildung gefiltert und schließlich AD- gewandelt.

Es folgt eine Verzweigung, die zum einen zu einem mit Detektionsschaltung bezeichneten Block führt. Diese Detektionsschaltung berechnet über einen Zeitraum von 10 ms die Schwankungen der Lampenstromamplitude, d. h. die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum der Lampenstromamplitude bzw. der Einhüllenden innerhalb des genannten Zeitraums. Wenn diese Differenz einen Wert von beispielsweise 50 mA überschreitet, erhöht die Detektionsschaltung ihr Ausgangssignal, anderenfalls erniedrigt sie es. Die Detektionsschaltung geht also davon aus, dass im Normalfall kein Ausgangssignal notwendig ist und hat in diesem Normalfall das Ausgangssignal 0 (das auch nicht weiter erniedrigt wird). Wenn der Schwellenwert von 50 mA überschritten wird, wird das Ausgangssignal um einen bestimmten festen Wert erhöht und nach Ablauf des 10 ms-Zeitraums wieder um diesen festen Betrag erhöht, solange der 50 mA Schwellenwert überschritten ist.

Sobald der Schwellenwert nicht mehr überschritten wird, wird das Ausgangssignal schrittweise erniedrigt, wobei vorzugsweise kleinere Schrittweiten als bei der Erhöhung Verwendung finden. Dies geschieht bis zu einem Ausgangssignal von 0, wenn nicht zuvor wieder der Schwellenwert für die Lampenstromschwankungen überschritten wird. Die Detektionsschaltung erkennt also mittels des Schwellenwerts eine zu große Nähe zum kapazitiven Betrieb, reagiert mit einem Ausgangssignal auf diese Detektion und fährt das Ausgangssignal langsam zurück, sobald diese Detektion nicht mehr zutrifft.

Das beschriebene Ausgangssignal wird mit Rücksicht auf denkbare Messfehler begrenzt und dann bei dem mit einem Minuszeichen symbolisierten Differenzglied von einem Lampenstrom-Sollwert I_LampSoll subtrahiert. Von diesem korrigierten Lampenstrom-Sollwert wird wiederum der von dem digitalen Mittelwertglied gemittelte Istwert des Lampenstroms I_Lamp substrahiert. Die Differenz dazwischen wird integriert und mit der mit k₁ symbolisierten Normierungskonstanten multipliziert. Die integrierte und normierte Differenz zwischen dem durch die Detektionsschaltung korrigierten Lampenstrom-Sollwert und dem Lampenstrom-Istwert wird daraufhin in dem durch einen Kreis symbolisierten Glied gemäß dem mit Offset beschriebenen Pfeil mit einem Wert addiert, um eine Arbeitspunkteinstellung durchzuführen. Dieser Wert steht für eine Periodendauer wiederum mit Rücksicht auf denkbare Messfehler begrenzt und zur Ansteuerung der Schalttransistoren 6 und 7 des Halbbrückenoszillators verwendet wird.

Man erkennt also insgesamt, dass zunächst die PFC-Schaltung auf eine konstante Zwischenkreisspannung mit einem Sollwert U_ZW-Soll geregelt wird. Die von der PFC-Schaltung hindurchgelassene Modulation der Zwischenkreisspannung beeinflusst über den Halbbrückenoszillator den Lampenstrom, der durch einen zweiten Regelkreis auf einen Lampenstrom-Sollwert U_LampSoll geregelt wird. Dazu findet ein einfacher langsamer I-Regelkreis Anwendung, weil nur langfristige Drifteffekte berücksichtigt werden müssen. Dieser Lampenstrom-Sollwert wiederum wird durch einen dritten Regelkreis, in den die Detektionsschaltung geschaltet ist, so korrigiert, dass der Schwellenwert von 50 mA für die Lampenstromamplitudenmodulationen nicht dauerhaft überschritten wird.

Man erkennt ferner, dass die Erfindung neben der ohnehin vorgesehenen Lampenstromregelung lediglich einen langsamen weiteren Regelkreis im Sinne eines zusätzlichen Softwareastes aufweist, für den keine weitere Messwertermittlung notwendig ist. Vielmehr wird der ohnehin gemessene und digitalisierte Lampenstrom verwendet.

Bei Bedarf kann die dargestellte Regelung durch ein weiteres Regelglied in dem Lampenstromregelkreis ergänzt werden, mit dem die 100 Hz- Modulation des Lampenstroms gedämpft wird. Beispielsweise könnte statt eines einfachen I-Reglers ein PI-Regler verwendet werden. Dies ändert nichts daran, dass, wenn auch kleinere, Lampenstrommodulationen bleiben. Selbst wenn die Lampenstrommodulationen komplett ausgeregelt werden würden, so könnten sie insoweit für die erfindungsgemäße Detektion der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb Verwendung finden, als das Stellsignal des Lampenstromregelkreises stellvertretend für die Schwankungen des Lampenstroms verwendet wird. Die Schwankungen des Lampenstroms wären dann gewissermaßen nur noch regelungstechnisch existent und nicht mehr physikalisch vorhanden. Die Erfindung bezieht sich auch auf diese Variante. Im Übrigen würde auch bei perfekter Lampenstromregelung der Strom im kapazitiven Bereich einbrechen.

Im Übrigen ist bereits festgestellt worden, dass die Zwischenkreisspannung U_ZW in Fig. 2 bzw. zwischen dem Anschluss 5 und Masse 4 in Fig. 1 auch eine bewusst modulierte Spannung aus einer Gleichspannungsquelle sein könnte. Dies würde am Prinzip dieses Ausführungsbeispiels nichts ändern. In diesem Fall wäre allerdings die PFC-Schaltung überflüssig.

Die Erfindung ermöglicht damit mit einem geringen Zusatzaufwand eine trotz Bauteiltoleranzen und Lampenalterungsprozessen recht präzise Abstimmung der Betriebsschaltung auf einen im Mittel resonanznahen Dauerbetrieb. Bei auftretenden Schwierigkeiten wird im Gegensatz zum Stand der Technik der Lampenbetrieb fortgesetzt und infolge der Veränderung des Stromsollwerts lediglich eine gewisse Leistungsverringerung vorgenommen. Aus der Perspektive des Anwenders ist in einer mit kaum spürbar verringerter Helligkeit leuchtenden Lampe gegenüber einer nicht funktionstüchtigen Lampe die bei weitem günstigere Lösung zu sehen.

Claims

1. Betriebsschaltung für eine Entladungslampe (1) mit
einer Oszillatorschaltung (6, 7) zum Erzeugen einer Hochfrequenzversorgungsleistung für einen die Entladungslampe (1) enthaltenden Lastkreis (1, 8-11) aus einer veränderlichen Versorgungsleistung (5),
und einer Detektionsschaltung (12, 13) zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb des Lastkreises (1, 8-11),
dadurch gekennzeichnet, dass eine Lampenregelschaltung (12, 13) zum Regeln des Lastkreises (1, 8-11) auf einen Regelsollwert (I_LampSoll) vorgesehen ist
und dass die Betriebsschaltung dazu ausgelegt ist, ansprechend auf eine Erkennung der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb durch die Detektionsschaltung (12, 13) den Regelsollwert (I_LampSoll) zu verkleinern.

2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Detektionsschaltung (12, 13) die Höhe von den Veränderungen der Versorgungsleistung (5) entsprechenden Schwankungen des Lampenstroms (I_Lamp) erfasst.

3. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Detektionsschaltung (12, 13) die Höhe von den Veränderungen der Versorgungsleistung (5) entsprechenden Schwankungen einer Stellgröße der Lampenregelschaltung (12, 13) erfasst.

4. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Regelschaltung (12, 13) ein I-Regelglied aufweist.

5. Betriebsschaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei der die Detektionsschaltung (12, 13) einen Vergleich der Höhe der Schwankungen (I_Lamp) mit einem vorgegebenen Schwellenwert durchführt und den Regelsollwert (I_LampSoll) nur dann verkleinert, wenn der Schwellenwert überschritten wird.

6. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer die Oszillatorschaltung (6, 7) mit einer Gleichspannungsleistung (5) versorgenden und an einem Gleichrichter angeschlossenen PFC-Schaltung, die auf die Gleichspannung (5) geregelt ist.

7. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer die Oszillatorschaltung (6, 7) mit einer Gleichspannungsleistung (5) versorgenden und an einem Gleichrichter angeschlossenen PFC-Schaltung, die auf die Gleichspannung (5) geregelt ist.

8. Betriebsschaltung nach Anspruch 7, bei der ein Mikrocontroller (12) eine Zwangssteuerschaltung für die Oszillatorschaltung (6, 7) und für die PFC-Schaltung enthält.