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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung einer DC-Versorgungsspannung
in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, wobei
das Betriebsgerät einen Wechselrichter aufweist.
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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.
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EP 1 330 945 B1 zeigt
ein Vorschaltgerät mit einem Vollbrückenbetrieb
mit Linearregler.
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AT 392 384 B zeigt
einen niederfrequenten Rechteckbetrieb mittels Halbbrücke
oder Vollbrücke.
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WO 2004/010742 zeigt
einen niederfrequenten Rechteckbetrieb mittels Halbbrücke.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
abgezweigte unipolare Spannungsversorgung kann über einen
weiteren Schalter selektiv zu- oder abgeschaltet bzw. getaktet werden.
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An
die abgezweigte unipolare Spannungsversorgung kann wenigstens eine
Leuchtdiode angeschaltet sein.
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Die
Steuereinheit kann alternativ oder zusätzlich in einer
weiteren Betriebsart die Schalter des Wechselrichter abwechselnd
ein- und ausschalten.
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Die
DC-Versorgung des Wechselrichters kann absenkbar sein, wenn der
Wechselrichter in der Betriebsart mit dauerhaft geöffnetem
potentialniederem Schalter betrieben wird.
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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.
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Die
Steuereinheit kann selektiv den potentialniederen Schalter des Wechselrichters öffnen
und den potentialhöheren Schalter takten, wenn der Dimmwert
der Leuchtmittel einen definierten Schwellenwert unterschreitet.
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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.
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Gemäss
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Betriebsart für
das Betriebsgerät auch über einen Steuerbefehl
von extern gewählt werden.
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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.
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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.
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Schliesslich
bezieht sich die Erfindung auch auf eine Integrierte Schaltung,
insbesondere ASIC, die zu Ausführung eines derartigen Verfahrens
ausgebildet ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
sollen nunmehr Bezug nehmend auf die Zeichnungen der begleitenden Figuren
näher erläutert werden.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines elektronischen Vorschaltgeräts,
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2 zeigt
eine Detailansicht eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel,
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3 eine
schematische Ansicht eines Betriebsgerät mit Wechselrichter,
an dem eine unipolare Spannungsversorgung abgezweigt ist, und
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4 und 5 Spannungsverläufe
der abgezweigten Spannungsversorgung.
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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.
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Die
Erfindung lässt sich indessen gleichermassen auf DC-gespeiste
Vorschaltgeräte anwenden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf
jeden Fall sind der Steuer- und/oder Regeleinheit Dimmwerte zuführbar,
die einen Sollwert für die einzustellende Lampenleistung
darstellen.
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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.
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Wie
bereits in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, arbeitet
ein derartiger Regelkreis bei voller Lichtleistung (100%) der Lampe
sowie auch bei moderaten Dimmwerten üblicherweise zuverlässig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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%.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Während
der Schalter M2 also geöffnet ist, wird der potentialhöhere
Schalter M1 getaktet, beispielsweise PWM-moduliert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Notlichtbeleuchtungsfall kann indessen auch vorgesehen sein, dass
die Regel- und Steuereinheit 5 den aktiv getakteten PFC
vollkommen abschaltet.
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Der
Notlichtfall wie oben geschildert ist ein Beispiel dafür,
dass entweder die Gasentladungslampe oder die LED je nach Betriebsart
des Wechselrichters betrieben werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dagegen
wird bekanntlich die Taktung des potentialhöheren Schalters
M1 des Wechselrichters M1, M2 durch die Induktivität L1
in eine flachere Flanke 'abgeschliffen'.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1330945
B1 [0003]
- - AT 392384 B [0004]
- - WO 2004/010742 [0005]
- - DE 10353425 A1 [0006]
- - EP 1264518 B1 [0007]