DE202008013673U1 - DC-Versorgung, insbesondere für Leuchtdioden, in einem Betriebsgerät mit Wechselrichter - Google Patents

DC-Versorgung, insbesondere für Leuchtdioden, in einem Betriebsgerät mit Wechselrichter Download PDF

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    • H02J9/02Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which an auxiliary distribution system and its associated lamps are brought into service

Abstract

Betriebsschaltung zur Versorgung von Leuchtmittel, aufweisend:
– einen mit einer DC-Spannung versorgten Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern (M1, M2), zu denen Bodydioden parallel geschaltet sind,
– einen am Mittenpunkt der beiden Schalter angeschlossenen Lastkreis, der die Leuchtmittel mittels einer Induktivität (L1) an den Mittenpunkt anschliesst,
– eine an der von dem Wechselrichter abgewandten Seite der Induktivität (L1) abgezweigte Spannungsversorgung (ULED), und
– eine Steuereinheit (5), die den Wechselrichter in einer Betriebsart selektiv derart ansteuert, dass der potentialhöhere Schalter (M1) getaktet wird, während der potentialniedere Schalter (M2) geöffnet verbleibt, so dass in dieser Betriebsart des Wechselrichters die Spannungsversorgung eine unipolare Versorgung (ULED) bildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung einer DC-Versorgungsspannung in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, wobei das Betriebsgerät einen Wechselrichter aufweist.
  • Bei dimmbaren Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen ist es problematisch, die untere Grenze des Dimmbereichs auf beispielsweise unter 3% Dimmwert zu legen. Ursache für diese Problematik ist, dass die Detektion der hochfrequenten AC-Signale (Lampenstrom, Lampenspannung) für die Leistungsregelung der Lampe sehr aufwendig ist, da ja die Erfassung der rückgeführten AC-Signale auf einen sehr großen Bereich ausgelegt werden muss.
  • EP 1 330 945 B1 zeigt ein Vorschaltgerät mit einem Vollbrückenbetrieb mit Linearregler.
  • AT 392 384 B zeigt einen niederfrequenten Rechteckbetrieb mittels Halbbrücke oder Vollbrücke.
  • WO 2004/010742 zeigt einen niederfrequenten Rechteckbetrieb mittels Halbbrücke.
  • DE 103 53 425 A1 zeigt einen Vollbrückenbetrieb mit geschaltetem Schaltregler.
  • EP 1264518 B1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung und Steuerung des Betriebsverhaltens wenigstens einer Leuchtdiode zu Beleuchtungszwecken, aufweisend mindestens einen mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen und in seiner Ausgangsfrequenz variierbaren Wechselrichter mit mindestens zwei steuerbaren Leistungsschaltern zum Umsetzen der von der Gleichspannungsquelle abgegebenen Versorgungsgleichspannung in eine Wechselspannung sowie einen an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossenen und ein Resonanzglied aufweisenden Lastkreis, der die wenigstens eine Leuchtdiode. Die Schaltfrequenz der Leistungsschalter ist zum Steuern der Helligkeit der wenigstens einen Leuchtdiode veränderbar.
  • Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Möglichkeit zur Erzeugung einer unipolaren Versorgungsspannung (bspw. DC-Spannung oder DC-Spannung mit AC-Anteil) in einem Betriebsgerät mit Wechselrichter zu schaffen, die sich bspw. aber nicht ausschliesslich zur Versorgung von Leuchtdioden (LEDs) eignet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
  • Gemäss einem ersten Aspekt ist vorgesehen eine Betriebsschaltung zur Versorgung von Leuchtmittel, aufweisend:
    • – einen mit einer DC-Spannung versorgten Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern, zu denen Bodydioden parallel geschaltet sind,
    • – einen am Mittenpunkt der beiden Schalter angeschlossenen Lastkreis, der die Leuchtmittel mittels einer Induktivität an den Mittenpunkt anschliesst, – eine an der von dem Wechselrichter abgewandten Seite der Induktivität abgezweigte Spannungsversorgung, und – eine Steuereinheit, die den Wechselrichter in einer Betriebsart selektiv derart ansteuert, dass der potentialhöhere Schalter getaktet oder als Linearregler angesteuert wird, während der potentialniedere Schalter dauerhaft geöffnet wird, so dass in dieser Betriebsart des Wechselrichters die Spannungsversorgung eine unipolare Versorgung bildet.
  • Die abgezweigte unipolare Spannungsversorgung kann über einen weiteren Schalter selektiv zu- oder abgeschaltet bzw. getaktet werden.
  • An die abgezweigte unipolare Spannungsversorgung kann wenigstens eine Leuchtdiode angeschaltet sein.
  • Die Steuereinheit kann alternativ oder zusätzlich in einer weiteren Betriebsart die Schalter des Wechselrichter abwechselnd ein- und ausschalten.
  • Die DC-Versorgung des Wechselrichters kann absenkbar sein, wenn der Wechselrichter in der Betriebsart mit dauerhaft geöffnetem potentialniederem Schalter betrieben wird.
  • Die DC-Versorgung des Wechselrichters kann ausgehend von einer aktiven PFC-Schaltung mit getaktetem Schalter bereitgestellt sein, wobei die Ansteuerung des getakteten Schalters zur Absenkung der DC-Versorgung des Wechselrichters veränderbar ist.
  • Die Steuereinheit kann selektiv den potentialniederen Schalter des Wechselrichters öffnen und den potentialhöheren Schalter takten, wenn der Dimmwert der Leuchtmittel einen definierten Schwellenwert unterschreitet.
  • Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Notbeleuchtungsbetriebsmodus oder auch ein Notbeleuchtungsgerät vorgesehen, aufweisend eine Betriebsschaltung der oben angeführten Art, bei der die Leuchtmittel wenigstens eine Gasentladungslampe aufweisen und die abgezweigte unipolare Spannungsversorgung wenigstens eine Leuchtdiode versorgt, wobei im Notlichtfall der Wechselrichter ausgehend von einer Batterie versorgt werden kann.
  • Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Betriebsart für das Betriebsgerät auch über einen Steuerbefehl von extern gewählt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Mittel zur Erzeugung einer DC-Versorgungsspannung in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, wobei das Betriebsgerät aufweist:
    • – einen mit einer DC-Spannung versorgten Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern, zu denen Bodydioden parallel geschaltet sind,
    • – einen am Mittenpunkt der beiden Schalter angeschlossenen Lastkreis, der die Leuchtmittel mittels einer Induktivität an den Mittenpunkt anschliesst, und
    • – eine an der von dem Wechselrichter abgewandten Seite der Induktivität abgezweigte Spannungsversorgung, aufweisend: Mittel zur Ansteuerung des Wechselrichters in einer Betriebsart derart, dass der potentialhöhere Schalter getaktet oder als Linearregler angesteuert wird, während der potentialniedere Schalter dauerhaft geöffnet wird, so dass in dieser Betriebsart des Wechselrichters die Spannungsversorgung eine unipolare Spannungsversorgung bildet.
  • Dabei kann die unipolare Spannungsversorgung eine DC-Versorgung mit AC-Anteil sein, dessen Flankensteilheit durch die Induktivität und die Wahl der Frequenz der Taktung des potentialhöheren Schalters des Wechselrichters eingestellt wird.
  • Schliesslich bezieht sich die Erfindung auch auf eine Integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, die zu Ausführung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr Bezug nehmend auf die Zeichnungen der begleitenden Figuren näher erläutert werden.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines elektronischen Vorschaltgeräts,
  • 2 zeigt eine Detailansicht eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel,
  • 3 eine schematische Ansicht eines Betriebsgerät mit Wechselrichter, an dem eine unipolare Spannungsversorgung abgezweigt ist, und
  • 4 und 5 Spannungsverläufe der abgezweigten Spannungsversorgung.
  • Wie in 1 ersichtlich wird ein Vorschaltgerät üblicherweise mit Netzspannung betrieben. Beispielsweise im Fall einer Notbeleuchtung kann indessen auch der Betrieb mit einer Gleichspannung vorgesehen sein, die bspw. von einer Batterie bereitgestellt wird. Im Fall des Betriebs mit der Netzspannung VAC wird üblicherweise diese Spannung durch einen Block 1 gleichgerichtet und gegebenenfalls HF-gefiltert.
  • Die Erfindung lässt sich indessen gleichermassen auf DC-gespeiste Vorschaltgeräte anwenden.
  • Die gleichgerichtete Wechselspannung wird dann durch einen Zwischenkreisschaltung 2 auf eine geeignete Busspannung VBus umgesetzt, die üblicherweise auf einem höheren Niveau liegt als die gleichgerichtete Wechselspannung VAC. Üblicherweise beträgt die Busspannung einige hundert Volt. Je nach Art der Zwischenkreisschaltung 2 kann sie jedoch auch niedriger als die gleichgerichtete Wechselspannung VAC sein.
  • Die Zwischenkreisschaltung 2 kann weitere Funktionen aufweisen, wie beispielsweise die Sicherstellung einer sinusförmigen Stromaufnahme (Leistungsfaktorkorrektur, aktiver d. h. geschalteter PFC) eine Stabilisierung der Busspannung VBus durch Regelung, eine Beschränkung der in das Netz zurückgestrahlten Oberwellen (THD) etc.
  • Die Busspannung VBus wird dann durch einen Wechselrichter 3, der durch eine Halbbrücke mit zwei in Serie geschalteten Leistungsschaltern gebildet ist, in eine bevorzugt hochfrequente Betriebsspannung VHF für einen Resonanzkreis 4 umgesetzt, zu dem die Lampe bevorzugt parallel geschaltet ist. Die Hochfrequenzspannung VHF wird bevorzugt am Mittenpunkt eines Halbbrücken-Wechselrichters 3 abgegriffen.
  • Der Betrieb des Vorschaltgeräts kann durch eine oder mehrere elektronische Steuer- und/oder Regeleinheiten vorgegeben werden. Der Einfachheit halber ist in 1 nur eine einzige elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit 5 vorgesehen.
  • Dieser elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit 5 können verschiedene Parameter aus dem Bereich der anliegenden Netzspannung, dem Bereich des Zwischenkreises, dem Bereich des Wechselrichters und/oder dem Bereich des Last- oder Resonanzkreises und der Lampe zurückgeführt werden.
  • Weiterhin ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 5 in der Lage, beispielsweise über eine Schnittstelle 6 externe oder interne Dimmwerte zu empfangen. Diese Dimmwerte können beispielsweise über eine angeschlossene Busleitung zugeführt werden, die beispielsweise ein Digitalbus gemäß dem Industrie-Standard DALI sein kann.
  • Auf jeden Fall sind der Steuer- und/oder Regeleinheit Dimmwerte zuführbar, die einen Sollwert für die einzustellende Lampenleistung darstellen.
  • Als typische Stellgröße für die Einstellung der Lampenleistung im Normalfall, d. h. bei hohen oder moderaten Dimmwerten, kann die Schaltfrequenz f der Schalter des Halbbrücken-Wechselrichters 3 gewählt werden. Als Rückführgröße, die die Ist-Lampenleistung wiedergibt, kann beispielsweise der Lampenstrom und/oder die Lampenspannung gewählt werden.
  • Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, arbeitet ein derartiger Regelkreis bei voller Lichtleistung (100%) der Lampe sowie auch bei moderaten Dimmwerten üblicherweise zuverlässig.
  • Komplizierter ist indessen der Betrieb bei deutlich reduziertem Dimmbetrieb, wobei ein typischer Schwellenwert ein Dimmwert von beispielsweise 3% ist. Bei derartigen Dimmwerten ist die Lampenleistung sehr gering, so dass entsprechend auch das die Lampenleistung wiedergebende Rückführsignal sehr gering ist, was die Auswertung im Regelkreis erschwert.
  • Bezug nehmend auf 2 soll nunmehr dargelegt werden, wie die Lampe neben der oben geschilderten Betriebsart mit einem hochfrequenten bipolaren Strom auch in wenigstens einer weiteren Betriebsart bei niedrigen Dimmpegeln betreibbar ist.
  • In der 2 ist ein Ausschnitt eines EVGs dargestellt, nämlich der Bereich des Wechselrichters, des Resonanzkreis mit der Lampe sowie der elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit.
  • 2 zeigt dabei einen Halbbrücken-Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern M1, M2, die bevorzugt als MOSFETs ausgebildet sind. Der potential höhere Schalter M1 wird mit der Busspannung VBus versorgt. Am Mittenpunkt der beiden Schalter M1, M2 wird die Spannung zur Versorgung der Lampe abgegriffen. Dabei ist an diesem Mittenpunkt ein Resonanzkreis bestehend aus einer Induktivität L1 und einem Kondensator C1 vorgesehen. Mit diesem Resonanzkreis L1, C1 ist die Lampe über einen Koppelkondensator C2 verbunden, wobei also über diesen Koppelkondensator C2 insbesondere ein hochfrequenter Strom zur Lampe geführt werden kann.
  • Auf der potentialniedrigeren Seite der Lampe ist ein Erfassungswiderstand R3 vorgesehen, mittels dem ein den Lampenstrom ILampe wiedergebendes Signal zu der Regel- und Steuereinheit 5 zurückgeführt werden kann. Dieses Rückführsignal ILampe ist nur eine Möglichkeit, ein die Lampenleistung wiedergebendes Signal bzw. mehrere derartige Signale als Rückführsignal zu der Regel- und Steuereinheit 5 zu führen.
  • Die Regel- und Steuereinheit 5 ist wie bereits bezugnehmend auf 1 geschildert dazu ausgebildet, Dimmwertsignale zugeführt zu bekommen, die also Sollwerte für die Lampenleistung darstellen.
  • Als Steuergröße gibt die Regel- und Steuereinheit 5 gemäß einem in ihr implementierten Regelalgorithmus, der die Ist-Leistung der Lampe mit dem vorgegebenen Sollwert (Dimmwert) vergleicht, in Form von Schaltsignalen für die Schalter M1, M2 des Halbbrückenwechselrichters vor. Gegebenenfalls kann es notwendig sein, für den potential höheren Schalter M1 einen gesonderten Hochspannungstreiber (HV-Treiber) vorzusehen.
  • Aufgrund der oben geschilderten Bauteile ist die in 2 bis 5 gezeigte Schaltung somit in der Lage, durch eine hochfrequente wechselweise Ansteuerung der Schalter M1, M2 über den Koppelkondensator C2 einen hochfrequenten Strom der Lampe zuzuführen. Die Leistungsregelung erfolgt über die Schaltfrequenz f.
  • Die Regel- und Steuereinheit 5 ist nunmehr dazu ausgelegt, die Lampe in einer von dem oben geschilderten Normalbetrieb bei höheren Dimmpegeln unterschiedlichen Betriebsart anzusteuern, wenn der vorgegebene Dimm-Sollwert unter einem der Regel- und Steuereinheit 5 vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Generell ist es dabei die Idee der Erfindung, dass in dieser weiteren Betriebsart bei sehr niedrigen Dimmwerten von beispielsweise unter 3% kein hochfrequenter bipolarer Strom durch die Lampe fließt, da dieser bezüglich der Erfassung bei sehr niedrigen Signalstärken gegebenenfalls Probleme bereiten kann.
  • In der Schaltung von 2 wird in der weiteren Betriebsart, also bei sehr niedrigen Dimmwerten, auf einen PWM-Betrieb umgeschaltet. Bei dieser Betriebsart steuert die Regel- und Steuereinheit 5 den Hochpotentialtreiber mit PWM-Signalen an, so dass dementsprechend der Schalter M1 mit durch die Regel- und Steuereinheit 5 vorgegebenen Tastverhältnis getaktet wird. Der potential niedrige Schalter M2 wird durch die Regel- und Steuereinheit 5 in dieser Betriebsart vorzugsweise gesperrt.
  • Da ein DC-Koppelwiderstand R1 (Ohmsche Widerstand) parallel zu dem Kondensator C2 vorgesehen ist, kann somit ein PWM-modulierter Gleichstrom durch die Lampe fließen, wobei dieser DC-Lampenstrom dann als Rückführsignal leichter auswertbar ist.
  • Der Schalter M1 wird somit in der Art eines Schaltreglers, und genauer gesagt in der Art eines Tiefsetzstellers getaktet, wobei das Tastverhältnis und/oder die Taktung den Effektivwert (RMS-Wert) des Stroms durch die Lampe bestimmen. Die Leistungssteuerung der Lampe erfolgt also in diesem Fall durch die Ansteuerung des Effektivwerts des durch die Lampe fließenden Stroms, wobei dieser Effektivwert eine Funktion des Tastverhältnisses sowie der maximalen Amplitude ist.
  • Bei einem kontinuierlichen Dimmen von einem höheren Dimmpegel hin zu diesem Schwellenwert und dann unterhalb des Schwellenwerts wird durch die Regel- und Steuereinheit 5 festgelegt, dass der RMS-Wert des gerade oberhalb des Schwellenwerts durch die Lampe fließenden HF-Stroms genau dem Wert entspricht, der nach dem Umschalten auf die weitere Betriebsart durch den getakteten DC-Strom entsteht. Somit kann trotz der Umstellung der Betriebsart von HF-Strom auf getakteten DC-Strom durch die Lampe ein nahtloser Übergang des Dimmverhaltens ohne Sprünge in der Lichtleistung gewährleistet werden.
  • Im Übrigen ermöglicht diese Schaltungsanordnung auch einen Start (Zünden) der Lampe auf einen sehr niedrigen Dimmwert von beispielsweise 0,1%. Dabei wird zum Erreichen der Zündspannung zuerst ein Halbbrückenbetrieb (wechselseitige Ansteuerung der Schalter M1, M2) angesteuert und dann die Frequenz laufend in Richtung der Resonanzfrequenz des Lastkreises verringert. Beim Erreichen der Zündspannung kommt es zum Zünden der Lampe, was die Regel- und Steuereinheit 5 beispielsweise anhand des Lampenstroms erkennt. Unmittelbar nach Zünden schaltet die Regel- und Steuereinheit 5 von dem Halbbrückenbetrieb wieder auf den PWM-Betrieb um und regelt die Lampenleistung auf den Dimmwert von beispielsweise 0,1%.
  • Somit kann, auch wenn von außen ein sehr niedriger Dimmwert unterhalb des Dimmpegels gefordert wird, zum Zünden die Halbbrücken-Betriebsart verwendet werden, wobei unmittelbar nach dem Zünden auf die weitere Betriebsart umgeschaltet wird, die also vom Halbbrückenbetrieb abweicht.
  • Bezug nehmend auf 3 soll nunmehr erläutert werden, wie gemäss der vorliegenden Erfindung in einem Betriebsgerät mit Wechselrichter (Halbbrücke oder Vollbrücke), d. h. beispielsweise auf Grundlage einer Schaltung gemäß 1 und 2 eine unipolare Spannung erzeugt werden kann, die in einem derartigen Betriebsgerät für Leuchtmittel intern oder extern vielfache Verwendung finden kann.
  • Der illustrierte Anwendungsfall ist die Versorgung von einer oder mehreren Leuchtdioden (LEDs), die in 3 das Bezugszeichen D1 tragen. Indessen kann diese unipolare Spannungsversorgung intern oder extern auch für andere Zwecke verwendet werden.
  • Unter 'unipolarer Spannungsversorgung' ist ein Spannungsverlauf zu verstehen, der im Wesentlichen aus einem DC-Anteil mit einem Rippel, d. h. einem AC-Anteil besteht. Die Spannung kann also ggf. zeitweise auf Null absinken, indessen ändert sich nie das Vorzeichen des Spannungsverlaufes.
  • Hinsichtlich der Schaltung ist aus 3 ersichtlich, dass an der von dem Wechselrichter M1, M2 abgewandten Seite der Induktivität L1 des Serienresonanzkreises L1, C1 eine Versorgung zur Bereitstellung einer unipolaren Spannung abgezweigt ist. Vorzugsweise erfolgt diese Abzweigung zwischen der Induktivität L1 und dem Koppelkondensator C2.
  • Es ist weiterhin eine Kontrolleinheit 7 dargestellt, die indessen nur logisch als unabhängige Kontrolleinheit dargestellt und in der Praxis durchaus Teil der Regel- und Steuereinheit 5 sein kann. Diese Kontrolleinheit 7 steuert einen Schalter M3, durch den die abgezweigte unipolare Spannungsversorgung selektiv an- bzw. abkoppelbar ist. Dieser Schalter M3 kann also ein- oder ausgeschaltet, aber auch getaktet werden, um beispielsweise durch die Kontrolleinheit 7 PWM-moduliert getaktet zu werden.
  • Weiterhin kann die unipolare Spannungsversorgung einen Filterkondensator C3 aufweisen, um den Rippel der unipolaren Spannung zu verringern. In dem Ausführungsbeispiel von 3 dient die bipolare Spannungsversorgung zur Versorgung von wenigstens einer LED D1.
  • Die Regel- und Steuereinheit 5 kann nunmehr neben der üblichen Betriebsart des Wechselrichters M1, M2, d. h. der Betriebsart mit wechselweisem Ein- und Ausschalten der Schalter M1, M2 des Wechselrichters auch eine weitere Betriebsart des Wechselrichters M1, M2 ansteuern. Bei dieser weiteren Betriebsart bleibt der potentialniedrigere Schalter M2 dauerhaft geöffnet. Dabei ist festzuhalten, dass (in der Zeichnung nicht dargestellt) parallel zu den Schaltern M1, M2 Bodydioden zu diesen beispielsweise FET-Transistoren vorgesehen sind.
  • Während der Schalter M2 also geöffnet ist, wird der potentialhöhere Schalter M1 getaktet, beispielsweise PWM-moduliert.
  • Die Regel- und Steuereinheit 5 kann diese Betriebsart einerseits exklusiv ansteuern, d. h. unter bestimmten Bedingungen bleibt der Schalter M2 dauerhaft geöffnet und der Schalter M1 wird ein- und ausgeschaltet.
  • Alternativ kann diese Betriebsart der wechselweisen Taktung der Schalter M1, M2 überlagert sein. In diesem Fall wird als während der Zeitdauer, in der der Schalter M2 geöffnet ist, der Schalter M1 nicht konstant offen gehalten, sondern ebenfalls getaktet.
  • In der genannten Betriebsart der Öffnung des Schalters M2 und der Taktung des Schalters M1 wird sich an der Sekundärseite der Induktivität L1 eine unipolare Spannung ausbilden. Die Leuchtmittel (beispielsweise Gasentladungslampe) sind von dieser unipolaren Spannung durch den Koppelkondensator C2 DC-mässig abgekoppelt.
  • Der Verlauf und insbesondere der zeitliche gemittelte Effektivwert der bereit gestellten unipolaren Spannung, die im folgenden mit ULED bezeichnet wird, ergibt sich im wesentlichen aus dem Verhältnis der Frequenz der Taktung des Schalters M1 im Zusammenspiel mit der Induktivität L1. Das Tastverhältnis sowie die Frequenz der Taktung des Schalters M1 ist also ein Parameter zur Bestimmung der Spannung ULED.
  • Eine weitere Einflußmöglichkeit ergibt sich durch eine PWM-Modulation des Schalters M3, so dass auch durch das Tastverhältnis der Taktung des Schalters M3 der zeitlich gemittelte Effektivwert der Spannung ULED beeinflusst werden kann.
  • Ein Anwendungsfall für die vorliegende Erfindung ist beispielsweise ein Notlichtgerät, bei dem also das Leuchtmittel (beispielsweise Gasentladungslampe) ausgehend von einer Netzversorgungsspannung betrieben wird, solange erfasst ist, dass die Netzversorgungsspannung korrekt vorliegt. Bei Ausfall der Netzversorgungsspannung kann beispielsweise eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Schaltung eine Batterie oder einen Akkumulator zur Versorgung des Wechselrichters schalten. Wenn dieser Notlichtfall erkannt ist, kann die Regel- und Steuereinheit 5 automatisch auf die Betriebsart umstellen, in der der Schalter M2 geöffnet gehalten wird und der Schalter M1 getaktet wird. Somit wird in diesem Notlichtfall anstelle des Leuchtmittels „Gasentladungslampe” eine angeschlossene LED betrieben.
  • Alternativ kann bei Systemen mit zentraler Notlichtversorgung, d. h. wenn die einspeisende Wechselspannung VAC außerhalb des Betriebsgerätes auf eine gleichgerichtete Spannung umgeschaltet wird, das Betriebsgerät (d. h. die Regel- und Steuereinheit 5) die Umschaltung auf eine Notlichtversorgung erkennen und die Betriebsart vom Gasentladungslampenbetrieb auf den Betrieb einer LED umschalten.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Busversorgungsspannung für den Wechselrichter M1, M2 ebenfalls beispielsweise durch die Regel- und Steuereinheit M5 verändert, insbesondere abgesenkt wird, wenn nur die LED, aber nicht mehr die Gasentladungslampe betrieben werden soll. Dazu kann die Regel- und Steuereinheit 5 beispielsweise Parameter der Ansteuerung des Zwischenkreises 2, insbesondere der Taktung eines aktiven PFCs verändern, derart, dass die Busspannung abgesenkt wird.
  • Im Notlichtbeleuchtungsfall kann indessen auch vorgesehen sein, dass die Regel- und Steuereinheit 5 den aktiv getakteten PFC vollkommen abschaltet.
  • Der Notlichtfall wie oben geschildert ist ein Beispiel dafür, dass entweder die Gasentladungslampe oder die LED je nach Betriebsart des Wechselrichters betrieben werden.
  • Beispielsweise bei niedrigen Dimmwerten kann ebenfalls die LED anstelle der Gasentladungslampe betrieben werden, da bekanntlich eine LED beispielsweise durch Heruntersetzen des Tastverhältnisses der PWM-Modulation des Schalters M1 und/oder des Schalters M2 beliebig verringert werden kann. Dies steht im Gegensatz zu den üblichen unteren Dimmpegelgrenzen für Gasentladungslampen.
  • Alternativ kann aber auch beispielsweise bei niedrigen Dimmwerten die LED D1 zusätzlich zu der Gasentladungslampe betrieben werden, indem bei der in 3 dargestellten Schaltung der Schalter M1 jeweils in den Zeitdauern getaktet wird, in denen der potentialniedere Schalter M2 ausgeschaltet ist. Dies stellt eine Art Hybridbetrieb, nämlich einerseits die Erzeugung einer Art hochfrequenten AC-Versorgungsspannung für die Gasentladungslampe und andererseits die Bereitstellung einer unipolaren Spannung für die LED D1 dar.
  • Alternativ kann auch über die Schnittstelle 6 ein Steuerbefehl übertragen werden, der der Regel- und Steuereinheit 5 die zu wählende Betriebsart direkt vorgibt. Weiterhin kann über einen Steuerbefehl über die Schnittstelle 6 die Umschalbedingung für das Umschalten der Betriebsart oder auch andere Konfigurationsparameter vorgegeben oder geändert werden. Die Umschaltbedingung kann zum Beispiel die Helligkeitsschwelle, d. h. der entsprechende Dimmwert, bei dem die Betriebsart umgeschaltet wird, sein.
  • Wie Bezug nehmend auf 4 und 5 nunmehr erläutert werden soll, kann durch das Zusammenspiel der Betriebsfrequenz des Schalters M1 bzw. des Tastverhältnisses davon mit der Induktivität L1 auch der Flankenverlauf der sich ergebenden Spannung ULED festgelegt werden.
  • Ein flacherer Verlauf, d. h. ein DC-Anteil der Spannung ULED mit einem verhältnismäßig geringen Rippel, wie es auf der linken Seite von 5 dargestellt ist, kann beispielsweise Vorteile bezüglich der EMV-Verträglichkeit haben.
  • Eine Betriebsart wie in 4 kann indessen für den Betrieb von LEDs vorteilhaft sein, die bekanntlich bei einer Betriebsart entweder 0% oder 100% Nennleistung am effizientesten und am langdauerndsten betrieben werden können.
  • Zum Erreichen der steilen Flanken wie in 4 dargestellt, eignet sich natürlich am besten eine Taktung des Schalters M3 durch die Kontrolleinheit 7. D. h., ein Dimmen einer LED D1 wird bevorzugt durch PWM-Modulation des Schalters M3 durch die Kontrolleinheit 7 erreicht.
  • Dagegen wird bekanntlich die Taktung des potentialhöheren Schalters M1 des Wechselrichters M1, M2 durch die Induktivität L1 in eine flachere Flanke 'abgeschliffen'.
  • Das Vorsehen der PWM-Modulation des Schalters M3 durch die Kontrolleinheit 7 hat darüber hinaus den Vorteil, dass somit der Effektivwert der Spannung ULED unabhängig von der Betriebsfrequenz des Wechselrichters M1, M2 eingestellt werden kann, so dass die Betriebsfrequenz des Wechselrichters M1, M2 weiterhin auf die Sollleistung der Lampe (Gasentladungslampe) abgestellt werden kann.
  • Der Kondensator C2 und der Schalter M3 wirken als Koppelglieder, die je nach Betriebsart entweder selbständig oder fremdgesteuert den jeweiligen Betrieb der angeschlossenen Leuchtmittel zulassen. So wird durch den Kondensator C2 im Fall des Anliegens einer Gleichspannung der Stromfluß unterbrochen und der Gasentladungslampenbetrieb unterbunden. Wenn jedoch eine hochfrequente Wechselspannnung anliegt, hat der Kondensator C2 keine blockierende Wirkung. Dadurch kann durch den Anschluß von Koppelgliedern an den Ausgang eines Wechselrichters eine selektive Ansteuerung verschiedener Lasten aufgrund verschiedener Betriebsarten des Wechselrichter erreicht werden.
  • Somit wird der Betrieb ganz verschiedener Leuchtmittel durch eine getaktete Schaltung ermöglicht, die je nach Dimmwert, Steuerbefehl oder Versorgung in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1330945 B1 [0003]
    • - AT 392384 B [0004]
    • - WO 2004/010742 [0005]
    • - DE 10353425 A1 [0006]
    • - EP 1264518 B1 [0007]

Claims (13)

  1. Betriebsschaltung zur Versorgung von Leuchtmittel, aufweisend: – einen mit einer DC-Spannung versorgten Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern (M1, M2), zu denen Bodydioden parallel geschaltet sind, – einen am Mittenpunkt der beiden Schalter angeschlossenen Lastkreis, der die Leuchtmittel mittels einer Induktivität (L1) an den Mittenpunkt anschliesst, – eine an der von dem Wechselrichter abgewandten Seite der Induktivität (L1) abgezweigte Spannungsversorgung (ULED), und – eine Steuereinheit (5), die den Wechselrichter in einer Betriebsart selektiv derart ansteuert, dass der potentialhöhere Schalter (M1) getaktet wird, während der potentialniedere Schalter (M2) geöffnet verbleibt, so dass in dieser Betriebsart des Wechselrichters die Spannungsversorgung eine unipolare Versorgung (ULED) bildet.
  2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die abgezweigte Spannungsversorgung über einen weiteren Schalter (M3) selektiv zu- oder abgeschaltet bzw. getaktet werden kann.
  3. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der an die abgezweigte Spannungsversorgung wenigstens eine Leuchtdiode (D1) angeschaltet ist.
  4. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (5) alternativ oder zusätzlich in einer weiteren Betriebsart die Schalter (M1, M2) des Wechselrichter abwechselnd ein- und ausschaltet.
  5. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die DC-Versorgung des Wechselrichters abgesenkt wird, wenn der Wechselrichter in der Betriebsart mit geöffnetem potentialniederem Schalter (M2) betrieben wird.
  6. Betriebsgerät nach Anspruch 5, wobei die DC-Versorgung des Wechselrichters ausgehend von einer aktiven PFC-Schaltung mit getaktetem Schalter bereitgestellt ist, wobei die Ansteuerung des getakteten Schalters zur Absenkung der DC-Versorgung des Wechselrichters veränderbar ist.
  7. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (5) selektiv den potentialniederen Schalter (M2) des Wechselrichters öffnet und den potentialhöheren Schalter (M1) taktet, wenn der Dimmwert der Leuchtmittel einen definierten Schwellenwert unterschreitet.
  8. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (5) den potentialhöheren Schalter (M1) des Wechselrichters PWM-moduliert.
  9. Notbeleuchtungsgerät, aufweisen eine Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leuchtmittel wenigstens eine Gasentladungslampe aufweisen und die abgezweigte unipolare Spannungsversorgung (ULED) wenigstens eine Leuchtdiode versorgt, wobei im Notlichtfall der Wechselrichter ausgehend von einer Batterie versorgt ist.
  10. Mittel zur Erzeugung einer DC-Versorgungsspannung in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, wobei das Betriebsgerät aufweist: – einen mit einer DC-Spannung versorgten Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern (M1, M2), zu denen Bodydioden parallel geschaltet sind, – einen am Mittenpunkt der beiden Schalter (M1, M2) angeschlossenen Lastkreis, der die Leuchtmittel mittels einer Induktivität (L1) an den Mittenpunkt anschliesst, und – eine an der von dem Wechselrichter abgewandten Seite der Induktivität (L1) abgezweigte Spannungsversorgung, aufweisend Mittel zur Ansteuerung des Wechselrichters in einer Betriebsart derart, dass der potentialhöhere Schalter (M1) getaktet wird, während der potentialniedere Schalter (M2) offen gehalten wird, so dass in dieser Betriebsart des Wechselrichters die Spannungsversorgung eine unipolare Spannungsversorgung (ULED) bildet.
  11. Mittel nach Anspruch 10, bei denen die unipolare Spannungsversorgung (ULED) eine DC-Versorgung mit AC-Anteil ist, dessen Flankensteilheit durch Wahl der Frequenz der Taktung des potentialhöheren Schalters (M1) des Wechselrichters eingestellt wird.
  12. Mittel nach Anspruch 10 oder 11, wobei der potentialhöhere Schalter (M1) PWM-moduliert wird.
  13. Integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, die Mittel nach einem der Ansprüche 10 bis 12 aufweist.
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