DE19964552B4 - Circuit arrangement for operating gas discharge lamps, in particular HID lamps - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe, mit einer Vollbrückenschaltung, an die eine Gleichspannung (Uo) angelegt ist und die vier steuerbare Schalter (S1–S4) umfaßt, wobei ein erster Schalter (S1) mit einem zweiten Schalter (S2) und ein dritter Schalter (S3) mit einem vierten Schalter (S4) in Serie geschaltet, sowie der erste Schalter (S1) mit dem dritten Schalter (S3) und der zweite Schalter (S2) mit dem vierten Schalter (S4) verbunden ist, und wobei die Gasentladungslampe (EL) in einem Brückenzweig, der einen Knotenpunkt zwischen dem ersten Schalter (S1) und dem zweiten Schalter (S2) mit einem Knotenpunkt zwischen dem dritten Schalter (S3) und dem vierten Schalter (S4) verbindet, anzuordnen ist, und mit einer Steuerschaltung (1), die derart ausgestaltet ist, daß sie zum Zünden der Gasentladungslampe vor dem eigentlichen Normalbetrieb einen Zündbetrieb durchführt, bei dem sie zwei miteinander gekoppelte Schalter unterschiedlicher Brückendiagonalen der Vollbrückenschaltung abwechselnd ein- und ausschaltet, wobei ein mit dem Brückenzweig der...Circuit arrangement for operating a gas discharge lamp, with a full bridge circuit to which a direct voltage (Uo) is applied and which comprises four controllable switches (S1-S4), a first switch (S1) having a second switch (S2) and a third switch ( S3) is connected in series with a fourth switch (S4), and the first switch (S1) is connected to the third switch (S3) and the second switch (S2) is connected to the fourth switch (S4), and the gas discharge lamp (EL ) in a bridge branch that connects a node between the first switch (S1) and the second switch (S2) with a node between the third switch (S3) and the fourth switch (S4), and with a control circuit (1 ), which is designed such that it performs an ignition operation to ignite the gas discharge lamp before normal operation, in which it connects two switches of different bridge diagonals of Vol Oil circuit switches on and off alternately, one with the bridge branch of the ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von Gasentladungslampen, insbesondere von Hochdruck-Gasentladungslampen, welche in elektronischen Vorschaltgeräten für entsprechende Gasentladungslampen zum Einsatz kommt.The present invention relates to a circuit arrangement for operating gas discharge lamps, in particular high-pressure gas discharge lamps, which is used in electronic ballasts for corresponding gas discharge lamps.
Hochdruck-Gasentladungslampen unterscheiden sich von Niederdruck-Gasentladungslampen unter anderem dadurch, daß sie höhere Zündspannungen benötigen und sich ihre Farbtemperatur mit der jeweils zugeführten Lampenleistung ändert. Die letztgenannte Eigenschaft hat zur Folge, daß Hochdruck-Gasentladungslampen nur schwer oder nicht dimmbar sind. Vielmehr muß zur Erhaltung der Farbtemperatur der Hochdruck-Gasentladungslampe die der jeweiligen Lampe zugeführte Energie durch eine entsprechende Regelung konstant gehalten werden. Ein elektronisches Vorschaltgerät für Hochdruck-Gasentladungslampen muß demnach zum einen eine hohe Zündspannung erzeugen und zum anderen die Möglichkeit bieten, die der Lampe zugeführte Leistung konstant zu halten.High-pressure gas discharge lamps differ from low-pressure gas discharge lamps, inter alia, in that they require higher ignition voltages and their color temperature changes with the respectively supplied lamp power. The latter feature has the consequence that high-pressure gas discharge lamps are difficult or not dimmable. Rather, to maintain the color temperature of the high-pressure gas discharge lamp, the energy supplied to the respective lamp must be kept constant by a corresponding regulation. An electronic ballast for high-pressure gas discharge lamps must therefore on the one hand generate a high ignition voltage and on the other hand offer the possibility to keep the power supplied to the lamp constant.
Bekannte elektronische Vorschaltgeräte für Hochdruck-Gasentladungslampen basieren auf einer Vollbrückenschaltung, die vier steuerbare elektronische Schalter umfaßt. Dieses Prinzip soll nachfolgend anhand
Wie bereits erwähnt worden ist, umfaßt diese bekannte Schaltung zum Ansteuern einer Gasentladungslampe EL, insbesondere einer Hochdruck-Gasentladungslampe, eine Vollbrücke mit vier steuerbaren Schaltern S1–S4, die gemäß der zuvor genannten Druckschrift insbesondere durch Bipolartransistoren gebildet sind. In dem Brückenzweig dieser Vollbrücke ist ein Serienresonanzkreis bestehend aus einer Spule L1 und einem Kondensator C1 geschaltet, wobei die anzusteuernde Gasentladungslampe EL parallel zu dem Kondensator C1 angeordnet ist. Die Vollbrücke wird mit einer Gleichspannung U0 gespeist. Zu den Schaltern bzw. Transistoren S1–S4 sind Freilaufdioden parallel geschaltet, die jedoch der Einfachheit halber in
Zusammenfassend kann demnach festgestellt werden, daß die in
Das Zünden der in
Aus der
Eine weitere Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben von Gasentladungslampen, insbesondere von Metallhalogen-Hochdruck-Gasentladungslampen, die aus der gattungsbildenden
Die in
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltungsanordnung zum Zünden bzw. Betreiben von Gasentladungslampen, insbesondere von Hochdruck-Gasentladungslampen, vorzuschlagen, welche die zuvor beschriebenen Probleme vermeidet.The present invention is therefore based on the object to provide an improved circuit arrangement for igniting or operating gas discharge lamps, in particular high-pressure gas discharge lamps, which avoids the problems described above.
Die zuvor genannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The above object is achieved according to the present invention by a circuit arrangement having the features of
Zum Zünden der Gasentladungslampe können zwei miteinander gekoppelte Schalter, die in unterschiedlichen Brückendiagonalen der Vollbrücke angeordnet sind, geöffnet werden, während die anderen Schalter abwechselnd hochfrequent geöffnet und geschlossen werden. Diese hohe Frequenz, mit der die beiden zuletzt genannten Schalter abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, wird insbesondere derart gewählt, daß sie in der Nähe der Resonanzfrequenz des im Brückenzweig der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angeordneten Serienresonanzkreises liegt, so daß die anzusteuernde Gasentladungslampe sicher zünden kann. Auch bei der vorliegenden Erfindung kommt ein Spartransformatorprinzip zum Einsatz, wobei jedoch hierzu die Induktivität des Serienresonanzkreises verwendet wird und die Kapazität des Serienresonanzkreises an einen Anzapfungspunkt dieser Induktivität angreift. Auf diese Weise wird die an der eine Spulenhälfte abfallende Spannung auf die lampenseitige Spulenhälfte hochtransformiert, so dass eine erhöhte Zündungsspannung für die Gasentladungslampe realisiert werden kann.To ignite the gas discharge lamp, two mutually coupled switches, which are arranged in different bridge diagonals of the full bridge, can be opened, while the other switches are alternately opened and closed at high frequency. This high frequency, with which the two last-mentioned switches are alternately opened and closed, is chosen in particular in such a way that it lies in the vicinity of the resonance frequency of the series resonant circuit arranged in the bridge branch of the circuit arrangement according to the invention, so that the gas discharge lamp to be triggered can reliably ignite. An autotransformer principle is also used in the present invention, but for this purpose the inductance of the series resonant circuit is used and the capacitance of the series resonant circuit is applied to a tapping point of this inductor. In this way, the voltage drop across the one coil half voltage is transformed up to the lamp-side coil half, so that an increased ignition voltage for the gas discharge lamp can be realized.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.The present invention will be described below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Die in
Mit dem Brückenzweig der in
Der zuvor erwähnte Serienresonanzkreis mit der Induktivität L1 und der Kapazität C1 dient in Kombination mit der weiteren Kapazität C2 insbesondere zum Zünden der Gasentladungslampe EL. Zu diesem Zweck wird der Serienresonanzkreis in Resonanz angeregt, d. h. eine der Resonanzfrequenz entsprechende Frequenz der Lampe zugeführt. Die Anregung des Resonanzkreises erfolgt durch abwechselndes Schalten der Schalter S3 und S4. Dies soll nachfolgend näher erläutert werden.The aforementioned series resonant circuit with the inductance L1 and the capacitance C1 serves, in combination with the further capacitance C2, in particular for igniting the gas discharge lamp EL. For this purpose, the series resonant circuit is excited to resonance, i. H. one of the resonance frequency corresponding frequency of the lamp supplied. The excitation of the resonant circuit is effected by alternately switching the switches S3 and S4. This will be explained in more detail below.
Zum Zünden der Gasentladungslampe EL werden zwei unmittelbar in Serie geschaltete Schalter, beispielsweise die Schalter S1 und S2, mit Hilfe einer geeigneten Steuerschaltung geöffnet und der Schalter S5, der sich in Serie mit der Kapazität C1 befindet, geschlossen. Die anderen beiden Schalter, beispielsweise die Schalter S3 und S4, der Vollbrücke werden abwechselnd geöffnet und geschlossen, wobei dies mit einer relativ hohen Frequenz (ca. 150 kHz) erfolgt. Die Schaltfrequenz wird langsam in Richtung auf die Resonanzfrequenz des durch die Induktivität L1 und die Kapazität C1 gebildeten Serienresonanzkreises abgesenkt. Die Zündspannung der Gasentladungslampe EL wird in der Regel bereits vor Erreichen der Resonanzfrequenz erreicht. In diesem Fall wird die Schaltfrequenz für die Schalter S3 und S4 auf dieser Frequenz gehalten bis die Lampe EL zündet. Die an der rechten Hälfte von L1 abfallende Spannung wird aufgrund des durch die Induktivität L1 realisierten Spartransformatorprinzips beispielsweise im Verhältnis 1:15 auf die linke Hälfte, die mit der Gasentladungslampe EL gekoppelt ist, hochtransformiert, wobei die an der linken Hälfte der Induktivität L1 auftretende Spannung die tatsächliche Zündspannung für die Gasentladungslampe EL bildet, die über die Kapazität C2 an die Lampe angelegt wird. Um das Zünden der Gasentladungslampe EL zu erfassen, wird die an dem Anzapfungspunkt der Induktivität L1 abfallende Spannung gemessen, welche proportional zur Zünd- bzw. Lampenspannung uEL ist, da nach dem Zünden der Lampe EL diese dämpfend auf den Serienresonanzkreis einwirkt. Nach erfolgter Zündung der Gasentladungslampe EL wird der Schalter S5 für den nachfolgenden Normalbetrieb geöffnet.To ignite the gas discharge lamp EL, two switches connected in series, for example the switches S1 and S2, are opened by means of a suitable control circuit and the switch S5, which is in series with the capacitor C1, is closed. The other two switches, for example, the switches S3 and S4, the full bridge are alternately opened and closed, this being done at a relatively high frequency (about 150 kHz). The switching frequency is slowly lowered in the direction of the resonance frequency of the series resonant circuit formed by the inductance L1 and the capacitance C1. The ignition voltage of the gas discharge lamp EL is usually reached before reaching the resonance frequency. In this case, the switching frequency for the switches S3 and S4 is maintained at this frequency until the lamp EL is lit. The voltage dropping at the right half of L1 is up-converted to the left half, which is coupled to the gas-discharge lamp EL, due to the auto-transformer principle implemented by the inductance L1, with the voltage appearing at the left half of the inductance L1 forms the actual ignition voltage for the gas discharge lamp EL, which is applied to the lamp via the capacitor C2. In order to detect the ignition of the gas discharge lamp EL, the voltage dropping at the tap point of the inductance L1 is measured, which is proportional to the ignition or lamp voltage u EL , since, after the lamp EL has been triggered, this acts in a damping manner on the series resonant circuit. After ignition of the gas discharge lamp EL, the switch S5 is opened for the subsequent normal operation.
Mit Hilfe des Schalters S5, der nach erfolgter Zündung der Gasentladungslampe EL geöffnet wird, ist ein saubererer Betrieb der Gasentladungslampe EL möglich. Des weiteren ist zu bemerken, daß die Zündspule L1 insbesondere derart ausgelegt ist, daß sie im nachfolgend noch näher erläuterten Normalbetrieb in der Sättigung arbeitet und somit den Rest der Schaltung nicht beeinflußt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß als Zündspule L1 eine Spule mit einem Eisenkern verwendet wird, der im Normalbetrieb in der Sättigung betrieben wird, so daß die Spule L1 nach dem Zünden der Gasentladungslampe EL im Normalbetrieb lediglich eine vernachlässigbare Induktivität bildet. Im Normalbetrieb ist somit lediglich die ebenfalls im Brückenzweig vorgesehene Induktivität L2 strombegrenzend wirksam.With the help of the switch S5, which is opened after the ignition of the gas discharge lamp EL, a cleaner operation of the gas discharge lamp EL is possible. Furthermore, it should be noted that the ignition coil L1 is designed in particular such that it works in the following explained in more detail normal operation in saturation and thus does not affect the rest of the circuit. This can be achieved, for example, by using a coil with an iron core as the ignition coil L1, which is operated in saturation during normal operation, so that the coil L1 forms only a negligible inductance during normal operation after the gas discharge lamp EL has been ignited. In normal operation, therefore, only the inductance L2 provided in the bridge branch is also effective in limiting the current.
Nachfolgend soll der nach dem Zünden der Gasentladungslampe EL initiierte Normalbetrieb näher erläutert werden, wobei während des Normalbetriebs die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bzw. Vollbrücke in einem sog. Discontinuous-Modus betrieben wird. Prinzipiell wird die in
Gemäß dem zuvor erwähnten niederfrequenten Discontinuous-Modus wird der steuerbare Schalter S1 bzw. S2 der jeweils aktivierten Brückendiagonale immer dann geschlossen, wenn der über die Induktivität L2 fließende Zweigstrom iL2 sein Minimum erreicht hat. Mit ”Minimum” wird dabei der untere Umkehrpunkt des Stroms iL2 verstanden, wobei dieses Minimum durchaus auch im leicht negativen Stromwertbereich liegen kann.According to the aforementioned low-frequency discontinuous mode, the controllable Switches S1 and S2 of the respectively activated bridge diagonal are always closed when the branch current i L2 flowing across the inductance L2 has reached its minimum. By "minimum" is meant the lower reversal point of the current i L2 , whereby this minimum may well be in the slightly negative current value range.
Zur Betrachtung des Stromverlaufs iL2 soll nachfolgend davon ausgegangen werden, daß zunächst die Brückendiagonale mit den Schaltern S2 und S3 aktiviert ist, während die Brückendiagonale mit den Schaltern S1 und S4 deaktiviert ist. D. h. die Schalter S2 und S3 sind geschlossen, während die Schalter S1 und S4 geöffnet sind. Zum Zeitpunkt des Schließens der Schalter S2 und S3 beginnt durch die Induktivität L2 ein Strom iL2 zu fließen, der gemäß einer Exponentialfunktion ansteigt, wobei im hier interessierenden Bereich ein quasi-linearer Anstieg des Stroms iL2 zu erkennen ist, so daß nachfolgend der Einfachheit halber von einem linearen Anstieg bzw. Abfall des Stroms iL2 gesprochen wird. Durch Öffnen des Schalters S2 wird dieser Strom iL2 unterbrochen, wobei – wie bereits erwähnt worden ist – der Schalter S2 insbesondere hochfrequent und unabhängig vom Schaltzustand des Schalters S3 abwechselnd geöffnet und geschlossen wird. Das Öffnen des Schalters S2 hat zur Folge, daß der Strom iL2 zwar vorerst über die Freilaufdiode D1 des geöffneten Schalters S1 in die gleiche Richtung weiter fließt, aber kontinuierlich abnimmt und sogar schließlich einen negativen Wert erreichen kann. Dies ist insbesondere solange der Fall bis die Elektronen aus der Sperrschicht der Freilaufdiode D1 ausgeräumt worden sind. Das Erreichen dieses unteren Umkehrpunktes des Stroms iL2 wird überwacht und der Schalter S2 nach Erkennen dieses unteren Umkehrpunktes wieder geschlossen, so daß der Strom iL2 wieder ansteigt. D. h. das hochfrequente Einschalten des Schalters S2 erfolgt immer dann, wenn der untere Umkehrpunkt des Stroms iL2 erreicht worden ist. Das Öffnen des Schalters S2 kann im Prinzip beliebig gewählt werden, wobei der Zeitpunkt des Öffnen des Schalters insbesondere entscheidend für die Leistungszufuhr der Gasentladungslampe EL ist, so daß durch geeignetes Einstellen des Öffnungszeitpunkts die der Lampe zugeführte Leistung geregelt bzw. konstant gehalten werden kann. Als Schaltkriterium kann hierfür beispielsweise die Zeit oder der Maximalwert des Zweigstroms iL2 herangezogen werden.To consider the current flow i L2 is to be assumed below that initially the bridge diagonal is activated with the switches S2 and S3, while the bridge diagonal is disabled with the switches S1 and S4. Ie. the switches S2 and S3 are closed while the switches S1 and S4 are open. At the moment of closing of the switches S2 and S3, a current i L2 begins to flow through the inductance L2, which increases in accordance with an exponential function, wherein a quasi-linear increase of the current i L2 can be seen in the range of interest here, so that for simplicity half of a linear increase or decrease of the current i L2 is spoken. By opening the switch S2, this current i L2 is interrupted, wherein - as already mentioned - the switch S2 is in particular high frequency and alternately opened and closed independently of the switching state of the switch S3. The opening of the switch S2 has the consequence that the current i L2 while initially on the freewheeling diode D1 of the open switch S1 continues to flow in the same direction, but continuously decreases and may even eventually reach a negative value. This is especially the case until the electrons have been removed from the barrier layer of the freewheeling diode D1. The reaching of this lower reversal point of the current i L2 is monitored and the switch S2 closed again after detecting this lower reversal point, so that the current i L2 rises again. Ie. the high-frequency switching on the switch S2 takes place whenever the lower reversal point of the current i L2 has been reached. The opening of the switch S2 can be chosen arbitrarily in principle, wherein the time of opening the switch is particularly crucial for the power supply of the gas discharge lamp EL, so that the lamp supplied power can be controlled or kept constant by appropriately setting the opening time. As a switching criterion for this example, the time or the maximum value of the branch current i L2 can be used.
Durch die Maßnahme, daß der jeweils hochfrequent abwechselnd ein- und ausgeschaltete Schalter S1 bzw. S2 jeweils im unteren Umkehrpunkt des Stroms iL2, d. h. in der Nähe des Stromwerts Null, wieder eingeschaltet wird, wird der jeweilige Feldeffekttransistor S1 bzw. S2 geschont, d. h. vor Zerstörung geschützt, und es können Feldeffekttransistoren als Schalter S1 bzw. S2 verwendet werden, die verhältnismäßig lange Ausräumzeiten für die entsprechende Freilaufdiode aufweisen. Dies soll nachfolgend näher erläutert werden.By the measure that the respective high frequency alternately on and off switches S1 and S2 respectively in the lower reversal point of the current i L2 , ie in the vicinity of the current value zero, is turned on again, the respective field effect transistor S1 or S2 is conserved, ie Protected against destruction, and it can field effect transistors are used as switches S1 and S2, which have relatively long Ausräumzeiten for the corresponding freewheeling diode. This will be explained in more detail below.
Bevor der Schalter S2 geschlossen wird, liegt über ihm eine Spannung an, die im vorliegenden Fall ca. 400 Volt beträgt. Wird der Schalter S2 geschlossen, bricht diese Spannung zusammen, d. h. sie fällt sehr rasch von 400 Volt auf 0 Volt ab. Die besondere Eigenschaft eines Feldeffekttransistors ist es jedoch, daß der Strom bei Aktivierung des entsprechenden Feldeffekttransistors bereits zu fließen beginnt, ehe die entsprechende Spannung auf 0 Volt abgefallen ist. In diesem kurzen Zeitabschnitt zwischen Anstieg des für den Feldeffekttransistor fließenden Stroms und dem Erreichen der Spannung 0 Volt wird durch das Produkt des Stroms und der Spannung eine dem jeweiligen Feldeffekttransistor zugeführte Leistung gebildet, die den Feldeffekttransistor zerstören kann. Daher ist es vorteilhaft, den Feldeffekttransistor bei einem geringstmöglichen Stromfluß, insbesondere in der Nähe des Stromwerts Null, zu schalten.Before the switch S2 is closed, a voltage is applied to it, which in the present case is approximately 400 volts. If the switch S2 is closed, this voltage collapses, d. H. It drops very rapidly from 400 volts to 0 volts. The special feature of a field effect transistor, however, is that the current already begins to flow upon activation of the corresponding field effect transistor, before the corresponding voltage has fallen to 0 volts. In this short period of time between the increase of the current flowing to the field effect transistor and reaching the
Des weiteren ist zu beachten, daß der über die Induktivität L2 fließende Strom iL2 über die Freilaufdiode von D1 fließt, wenn der Schalter S1 offen ist und auch der Schalter S2 noch offen ist. Wird der Schalter S2 geschlossen und der Schalter S1 geöffnet, dauert es eine bestimmte Zeitspanne, bis die Elektronen aus der Sperrschicht der Freilaufdiode D1 ausgeräumt werden konnten. Während dieser Zeit ist der Feldeffekttransistor S1 praktisch in einem leitenden Zustand. Das bedeutet, daß der Feldeffekttransistor S2 während einer relativ kurzen Zeitspanne bis zum Ausräumen der Sperrschicht der Freilaufdiode D1, die dem Feldeffekttransistor S1 zugeordnet ist, an der vollen Betriebsspannung U0, die ca. 400 Volt beträgt, anliegt, wodurch es ebenfalls zu der zuvor beschriebenen Überbelastung und ggf. sogar Zerstörung des Feldeffekttransistors S2 kommen kann. Aufgrund der zuvor vorgeschlagenen Vorgehensweise, nämlich dem Einschalten des Schalters S2 immer dann, wenn der über die Induktivität L2 fließende Strom iL2 sein Minimum erreicht hat, ist der zuvor anhand der Ausräumzeit des Schalters bzw. Feldeffekttransistors S1 beschriebene Effekt nahezu unbeachtlich, so daß für die Schalter S1–S4 auch Feldeffekttransistoren verwendet werden können, die relativ lange Ausräumzeiten für die damit verbundenen Freilaufdioden aufweisen. Es gibt zwar bereits Schaltelemente mit sehr kurzen Ausräumzeiten, wie z. B. den sog. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), wobei diese Bauelemente jedoch sehr teuer sind. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann somit auf die Verwendung derartig teurer Bauelemente verzichtet werden.Furthermore, it should be noted that the current flowing through the inductor L2 current i flows via the freewheeling diode D1 L2, when the switch S1 is open and the switch S2 is still open. If the switch S2 is closed and the switch S1 opened, it takes a certain period of time until the electrons could be eliminated from the barrier layer of the freewheeling diode D1. During this time, the field effect transistor S1 is practically in a conductive state. This means that the field effect transistor S2 during a relatively short period of time to clear the barrier layer of the freewheeling diode D1, which is associated with the field effect transistor S1, at the full operating voltage U 0 , which is about 400 volts, is applied, whereby it also to the previously described overloading and possibly even destruction of the field effect transistor S2 can come. Due to the previously proposed approach, namely the turning on the switch S2, whenever the current i flowing through the inductor L2 is L2 reaches its minimum, the effect described above with reference to the Ausräumzeit of the switch or field effect transistor S1 is almost irrelevant, so that for The switches S1-S4 can also be used field effect transistors having relatively long Ausräumzeiten for the associated freewheeling diodes. Although there are already switching elements with very short Ausräumzeiten, such. As the so-called. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), but these devices are very expensive. With the help of the present invention can thus be dispensed with the use of such expensive components.
Für die zuvor beschriebene Vorgehensweise ist erforderlich, daß der augenblickliche Wert des Stroms iL2 sowie der Zeitpunkt des Erreichens seines Umkehrpunkts bekannt ist. Der augenblickliche Wert des Stroms iL2 kann beispielsweise durch Messen der an dem Widerstand R1 abfallenden Spannung bestimmt werden. Der untere Umkehrpunkt des Stroms iL2 wird vorzugsweise durch eine transformatorisch an der Spule L2 abgegriffene Spannung bestimmt. Zu diesem Zweck kann eine (in
Der Normalbetrieb der in
Nach Ablauf der Zeitspanne T1 werden die Schalter S2 und S3 dauerhaft geöffnet, und der Schalter S4 wird dauerhaft eingeschaltet. Analog zum Schalter S2 während der Zeitspanne T1 wird nunmehr der Schalter S1 hochfrequent abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so daß sich der in
Durch das niederfrequente Umschalten bzw. Umpolen zwischen den Brückendiagonalen S1–S4 und S2–S3 entsteht zwangsläufig ein Brummen, welches aufgrund seiner niedrigen Frequenz an sich relativ leise und nicht störend ist. Durch die steilen Flanken am Umschaltzeitpunkt zwischen den Zeitspannen T1 und T2 entstehen jedoch Oberwellen, die sich störend auswirken. Aus diesem Grunde ist die Steuerschaltung, welche die Schalter S1–S4 ansteuert, vorteilhafter Weise derart auszugestalten, daß sie die Stromspitzen des Stroms iL2 vor und nach dem Umschalten zwischen den Betriebsphasen T1 und T2 reduziert. Dies kann beispielsweise durch eine spezielle Software oder durch eine spezielle Anpassung der Hardware der Steuerschaltung geschehen, die die letzten Stromspitzen während der Zeitspanne T1 sowie die ersten Stromspitzen während der Zeitspanne T2 reduziert, um auf diese Weise die Flanken beim Umschalten zwischen den Betriebsphasen T1 und T2 abzuflachen. In diesem Fall ergibt sich der in
Bei der eben beschriebenen Steuerung läuft nach dem Öffnen des hochfrequent geschalteten Schalters der Strom weiter über die Freilaufdiode und nimmt dabei relativ langsam ab, wenn der zweite Schalter der gerade aktivierten Brückendiagonalen weiterhin geschlossen bleibt. Dies führt zu einem kleineren Stromspitzenwert und dementsprechend auch zu einer kleineren Verlustleistung. Allerdings kann es vorkommen, daß zu einem Zeitpunkt, zu dem die Elektronen aus den Sperrschichten der Freilaufdioden ausgeräumt worden sind und somit der untere Umkehrpunkt des Stromes iL2 erreicht worden ist, dieser noch nicht ausreichend abgefallen ist und somit die Schalter beim Schließen immer noch einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Um diese Belastungen auszuschließen, können in einer Weiterbildung die Schalter entsprechend dem Diagramm in
Dieses Diagramm zeigt den Stromverlauf iL2 und den Zustand des zweiten und des dritten Schalters S1, S2 während der Zeitspanne T1. Die beiden anderen Schalter sind in diesem Zeitraum T1 geöffnet. Während einer ersten Phase τ1 sind beide Schalter geschlossen und der Strom iL2 steigt kontinuierlich an. Wie bei der eben beschriebenen Steuerung ist während einer zweiten Phase τ2, deren Beginn durch das Erreichen eines Maximalwerts von iL2 oder durch eine vorgegebene Dauer von τ1 bestimmt sein kann, der zweite Schalter S2 geöffnet und iL2 nimmt langsam ab. Zusätzlich wird nun allerdings ab einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Öffnen des zweiten Schalters S2 in einer dritten Phase τ3 auch der dritte Schalter S3 geöffnet. Der Strom fließt nun über die beiden Freilaufdioden des ersten und des vierten Schalters und nimmt nun stärker ab als während der zweiten Phase τ2. Damit kann sichergestellt werden, daß iL2 auch tatsächlich einen negativen Wert erreicht, bevor die Sperrschichten der Freilaufdioden ausgeräumt sind. Erreicht iL2 den unteren Umkehrpunkt, werden beide Schalter wieder geschlossen und die Steuerung befindet sich wieder im Zustand der ersten Phase τ1.This diagram shows the current waveform i L2 and the state of the second and third switches S1, S2 during the period T 1 . The other two switches are open during this period T 1 . During a first phase τ 1 both switches are closed and the current i L2 increases continuously. As in the case of the control just described, during a second phase τ 2 , whose beginning is achieved by reaching a maximum value of i L2 or by a predetermined duration of τ 1 may be determined, the second switch S2 opened and i L2 decreases slowly. In addition, however, the third switch S3 will now also be opened at a predetermined point in time after the opening of the second switch S2 in a third phase τ 3 . The current now flows through the two freewheeling diodes of the first and the fourth switch and now decreases more than during the second phase τ 2 . This can ensure that i L2 actually reaches a negative value before the barrier layers of the freewheeling diodes are eliminated. When i L2 reaches the lower reversal point, both switches are closed again and the controller is again in the state of the first phase τ 1 .
Das Öffnen des dritten Schalters S3 – also die dritte Phase τ3 – entfällt allerdings, wenn der Strom iL2 vorher schon auf Null abgesunken ist, da in diesem Fall keine hohen Belastungen beim Öffnen der Schalter auftreten. Statt dessen wird sofort mit der ersten Phase τ1 fortgefahren und der zweite Schalter S2 wieder geöffnet. Das niederfrequente Umschalten zwischen den beiden Brückendiagonalen erfolgt analog zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel, wobei auch hier vorteilhaft die Stromspitzen des Stroms iL2 vor und nach dem Umschalten zwischen den Betriebsphasen T1 und T2 reduziert werden können.The opening of the third switch S3 - ie the third phase τ 3 - is omitted, however, if the current i L2 has previously dropped to zero, since in this case no high loads occur when the switches are opened. Instead, the first phase τ 1 is immediately continued and the second switch S2 is opened again. The low-frequency switching between the two bridge diagonals is analogous to the previous embodiment, wherein also here advantageously the current peaks of the current i L2 before and after switching between the operating phases T 1 and T 2 can be reduced.
Es ist eine bekannte Eigenschaft von Hochdruck-Gasentladungslampen, daß diese bis zur vollständigen Erwärmung ein relativ schlecht kontrollierbares und instabiles Verhalten aufweisen. Die vollständige Erwärmung tritt dabei etwa nach 1–2 Minuten ein. In der Aufwärmphase kann die Spannung über der Lampe geringer als im Normalbetrieb sein. Würde man in der Aufwärmphase das Vorschaltgerät wie im zuvor beschriebenen Normalbetrieb betreiben, so würde die verringerte Lampenspannung zur Folge haben, daß ein Strom iL2 mit entsprechend geringer Steilheit diL2/dt über die Induktivität L2 fließt, so daß ggf. der Umkehrpunkt von iL2 mit Hilfe des zuvor erwähnten transformatorischen Abgriffs nicht zuverlässig detektiert werden kann. Daher ist es vorteilhaft, während der Aufwärmphase, d. h. nach dem Zünden und vor dem eigentlichen Normalbetrieb, auch die Schalter S3 und S4 analog zu den Schaltern S1 und S2 hochfrequent zu takten, wobei niederfrequent zwischen den Brückendiagonalen S1–S4 und S2–S3 umgeschaltet wird, d. h. es wird niederfrequent zwischen zwei Zuständen umgeschaltet, wobei in dem ersten Zustand die Schalter S1 und S4 hochfrequent getaktet und die Schalter S2 und S3 geöffnet sind, während im zweiten Zustand die Schalter S2 und S3 hochfrequent getaktet und die Schalter S1 und S4 geöffnet sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch über die Freilaufdioden der Schalter S4 und S1 ein Strom über die Spule L2 fließt, wodurch in der transformatorisch mit dieser Spule L2 gekoppelten und in
Eingangsseitig weist das elektronische Vorschaltgerät ein Funk-Entstörfilter mit einem Symmetriertransformator L4, L5 sowie Kondensatoren C3 und C4 auf, die an einen stromführenden Leiter L, einen Nullleiter und einen Erdleiter eines Versorgungsspannungsnetzes angeschlossen sind. Mit dem Funk-Entstörfilter ist ein Gleichrichter verbunden, der Dioden D5–D8 umfaßt. An diesen Gleichrichter schließt sich eine Schaltung an, die als Hochsetzsteller fungiert und Widerstände R2–R6, Kondensatoren C5 und C6, eine Diode D9 einen Transformator L6, L7, einen Feldeffekttransistor S6 sowie eine von einer Versorgungsspannung VCC versorgte integrierte Steuerschaltung
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