DE60214526T2

DE60214526T2 - Mischmodus-steuerung für ein vorschaltgerät

Info

Publication number: DE60214526T2
Application number: DE60214526T
Authority: DE
Inventors: M. Qiong LI; T. Ihor WACYK
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: US6388398B1; JP2004521463A; EP1374649A1; JP4090887B2; DE60214526D1; ATE339082T1; WO2002076154A1; EP1374649B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät und im Besonderen auf eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Vorschaltgeräts, um verschiedene Lampentypen zu steuern und eine stabile Leistung der Lampen über einen großen Betriebsbereich vorzusehen.
Ein Vorschaltgerät ist eine Vorrichtung mit einer getakteten Schaltung und wird oftmals zur Steuerung von Lampen, insbesondere Hochdruckentladungs-(HID)-Lampen, verwendet. Ein Vorschaltgerät kann beispielsweise als ein in 1 dargestelltes Halbbrücken-Vorschaltgerät realisiert werden. Die Schalter 11 und 12 werden ein- und ausgeschaltet, indem an diese entsprechende Gatespannungen angelegt werden, um eine, der Lampe oder den Lampen 10 zuzuführende, konstante Steuerspannung zu erzeugen.
Die Gatespannungen werden durch Gatesignale, die von einer Steuereinheit 2 übertragen werden, welche die Gatesignale erzeugt und diese dem Vorschaltgerät 1 zuführt, aktiviert und deaktiviert. Dieses ist in 2 dargestellt, welche ein allgemeines Blockschaltbild für ein Vorschaltgerät 1 zeigt. Bei allen Schaltkreisen für einen spezifischen Betrieb wird bei jedem Schaltzyklus von der Steuereinheit 2 eine feste Einmoden-Gatesignalstruktur erzeugt und dem Vorschaltgerät 1 zur Steuerung des Ein- oder Aus-Zustands der Schalter 11 und 12 übermittelt. Bei Vorschaltgeräten wurde eine Impulsbreitenmodulation (PWM) oder Frequenzmodulation angewandt, um die der Lampe zugeführte Leistung zu regeln. Zwei verwendete Hauptimpulsbreitenmodulations-(PWM)-Strukturen sind der symmetrische Modus (3a) und der asymmetrische Modus (3b). So oder so wird nur ein einzelner Modus angewandt. Die Einmodensteuerung ist einfach und für die meisten Anwendungen effektiv.
Da der Wettbewerb auf dem Markt zunimmt, sind mehr und mehr Funktionalität und Kapazitäten, wie z.B. ein universeller Leitungseingang und ein größerer Lastbereich, bei einem einzelnen Vorschaltgerät erforderlich. Diese Anforderungen zu erfüllen ist bei Verwendung einer Einmodensteuerung schwierig. Zum Beispiel ist bei einem universellen lampendimmbaren Vorschaltsystem eine Einmoden-PWM-Steuerung auf Grund der großen Variationen der Lampencharakteristiken bei verschiedenen Temperaturen und Lam pentypen schwer zu stabilisieren. Dieses wird unter Bezugnahme auf die 4a und 4b, die Diagramme der Impedanzlinien des Vorschaltgeräts und der Lampen, näher erläutert. Impedanzlinien des Vorschaltgeräts sind graphische Darstellungen der Lampenspannung (d.h. der Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts) gegenüber dem Lampenstrom (d.h. dem Ausgangsstrom des Vorschaltgeräts) bei einem bestimmten Duty Cycle der Gatesignale. Eine Impedanzlinie des Vorschaltgeräts soll konkav sein, wenn der absolute Wert der ersten Ableitung der graphischen Darstellung (d.h. dV/dI) bei verhältnismäßig hohen Werten des Lampenstroms niedriger als bei verhältnismäßig niedrigen Werten des Lampenstroms ist. Eine Impedanzlinie des Vorschaltgeräts soll konvex sein, wenn der absolute Wert der ersten Ableitung der graphischen Darstellung (d.h. dV/dI) bei verhältnismäßig hohen Werten des Lampenstroms höher als bei verhältnismäßig niedrigen Werten des Lampenstroms ist.
Ein stabiles System macht nur eine einfache stabile Lösung zwischen den Linien des Vorschaltgeräts und den Lampenlinien in dem gesamten Lampenbetriebsbereich erforderlich. Dieses kann manchmal jedoch nicht mit einer Einmodensteuerung erreicht werden. Wie in 4a dargestellt, sind die Linien des Vorschaltgeräts bei festen Duty Cycles bei Steuerung im symmetrischen Modus und zwei Arten Lampenlinien übereinander liegend. Es sind mehrere Lösungen bei einem bestimmten Duty Cycle dargestellt, welche als Punkte A, B und C auf der Impedanzlinie von Lampentyp T5-14W gekennzeichnet sind. In 4b, welche den gleichen Fall zeigt, jedoch bei Steuerung im asymmetrischen Modus, sind zwei Lösungen, als Punkte A und B auf der Impedanzlinie von Lampentyp T5-80W gekennzeichnet, bei einem bestimmten Duty Cycle dargestellt. Somit tritt eine Oszillation zwischen den beiden Lösungen auf.
In Anbetracht des oben Erwähnten besteht die Notwendigkeit, ein universelles Vorschaltsystem vorzusehen, welches das Instabilitätsproblem, wie oben angegeben, löst, so dass alle Lampen in dem gesamten Lampenbetriebsbereich konstant arbeiten können.
Das obige Problem des Standes der Technik wird gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung, welche sich auf ein Vorschaltsystem mit einer neuartigen Steuertechnik bezieht, behoben. Die Steuereinheit für das Vorschaltgerät erzeugt und übermittelt Gatesignale in einem Mischmodus-Betrieb. Im Einzelnen werden die Gatesignale in einigen Schaltzyklen in einem ersten Modus übermittelt, um zu bewirken, dass das Vorschaltgerät konkave Vorschaltimpedanzkurven erzeugt, und werden in anderen Schaltzyklen in einem zweiten Modus übermittelt, um zu bewirken, dass das Vorschaltgerät konvexe Vorschalt impedanzkurven erzeugt. Kombinationen aus diesen beiden Moden resultieren in relativ geraden Vorschaltkurven, insbesondere bei einem Bereich mit niedrigerer Spannung, wodurch nur eine einfache Lösung zwischen den Linien des Vorschaltgeräts und den Lampenlinien in dem gesamten Betriebsbereich besteht.
Vorzugsweise sind die Gatesignale Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Signale, und der erste Modus ist ein symmetrischer Modus, während der zweite Modus ein asymmetrischer Modus ist, welche abwechselnd in jedem anderen Schaltzyklus vorgesehen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – ein elektrisches Schaltbild eines Halbbrücken-Vorschaltgeräts;
2 – ein allgemeines Blockschaltbild für das in 1 dargestellte Vorschaltgerät und die Steuereinheit;
3a – PWM-Gatesignale im symmetrischen Modus;
3b – PWM-Gatesignale im asymmetrischen Modus;
4a – Linien des Vorschaltgeräts und Lampenlinien bei Steuerung im symmetrischen Modus;
4b – Linien des Vorschaltgeräts und Lampenlinien bei Steuerung im asymmetrischen Modus;
5 – Gatesignale im symmetrischen und asymmetrischen Mischmodus, wie in die vorliegende Erfindung integriert;
6 – das Implementierungsblockschaltbild der PWM-Gatesignale im Mischmodus, wie in 5 dargestellt; sowie
7 – die Linien des Vorschaltgeräts und Lampenlinien bei Steuerung im symmetrischen und asymmetrischen Mischmodus mit den Gatesignalen in 5.
Wie aus den 4a und 4b für das Vorschaltgerät unter Einmodensteuerung ersichtlich, erzeugt die Steuerung im symmetrischen Modus konkave Kurven des Vorschaltgeräts. Die Kurven sind in dem Niederspannungsbereich zu flach und ungleichmäßig gekrümmt. Die Steuerung im asymmetrischen Modus erzeugt konvexe Linien des Vorschaltgeräts, wie in 4b dargestellt, jedoch sind die Kurven in dem Niederspannungsbereich steiler. In diesem Niederspannungsbereich gibt es bei beiden Kurvenarten, wie dargestellt, mehrere Lösungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Moden miteinander kombiniert, um eine Mischmodus-Steuerung vorzusehen, welche in flachen Kurven der Linien des Vorschaltgeräts resultiert, so dass lediglich eine einfache Lösung zwischen Linien des Vorschaltgeräts und Lampenlinien in dem gesamten Betriebsbereich existiert.
Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird eine Mischmodus-Steuerung erzeugt, indem der symmetrische und asymmetrische Modus, wie in den 5 und 6 dargestellt, jeden zweiten Schaltzyklus abwechselnd zum Einsatz kommen. Der symmetrische Modus und der asymmetrische Modus sind in einer abwechselnden Struktur der Schaltzyklen angeordnet. Die Kurven des Vorschaltgeräts, welche sich aus einer solchen Mischmodus-Steuerung ergeben, sind in 7 dargestellt, wobei für beide Lampentypen T5-80W und T5-14W lediglich eine einfache Lösung existiert. Die Charakteristiken der Linien des Vorschaltgeräts können verbessert werden, da die Lampe lediglich den Durchschnittseffekt bei diesen hohen Frequenzen „sieht".
Die Steuereinheit 2 in 6 kann unter Verwendung diskreter Hardware, eines programmierbaren Logikbausteins oder von Software in einem Mikroprozessor implementiert werden, um Gatesignale im Mischmodus zu erzeugen.
Wenn auch die 5–7 eine spezifische Struktur einer Mischmodus-Steuerung zeigen, versteht es sich von selbst, dass ebenfalls andere Strukturen einer Mischmodus-Steuerung möglich sind, solange diese in einer einfachen Lösung zwischen Vorschaltgerätlinien und Lampenlinien in dem gesamten Betriebsbereich resultieren. Zum Beispiel kann eine wechselnde Struktur der Betriebsweise ebenfalls ähnliche Effekte erzielen.
Inschrift der Zeichnung
1

Lamp
Lampe

2

Gate Signal
Gatesignal
Feedback
Rückkopplung
Fixed-Mode Generator
Festmodus-Generator

4a, 4b, 7

Vlamp
VLampe
Ilampe
ILampe

6

HB Ballast
HB Vorschaltgerät
Lamp
Lampe
Error Amplifier
Verstärker der Regelabweichung
Mixed-Mode Generator
Mischmodus-Generator
Single PWM-Mode Generator
PWM-Einfach-Modus-Generator
Gate signals
Gatesignale
Duty Cycle
Duty Cycle

Claims

Vorschaltgerät zur Steuerung von Lampen (10) mit: – einem Vorschaltgerät (1) mit einer Vorschaltimpedanzlinie für jeden Duty Cycle und mit mindestens zwei Schaltern (11, 12), wobei die Schalter in Schaltzyklen ein- und ausgeschaltet werden, indem an diese entsprechende Gatespannungen angelegt werden, um eine konstante Steuerspannung für die Lampen (10) zu erzeugen, – einer Steuereinheit (2), um Gatesignale zu erzeugen, welche jeweils jedem Schalter (11, 12) zugeordnet sind, und um die Gatesignale dem Vorschaltgerät (1) zu übermitteln, um die Gatespannungen für jeden Schalter (11, 12) zu aktivieren und zu deaktivieren, und wobei für die Gatesignale in einigen der Schaltzyklen ein erster Modus und in anderen Schaltzyklen ein zweiter Modus vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus bewirkt, dass das Vorschaltgerät konkave Vorschaltimpedanzlinien erzeugt und der zweite Modus bewirkt, dass das Vorschaltgerät konvexe Vorschaltimpedanzlinien erzeugt, dass der erste Modus ein symmetrischer Modus und der zweite Modus ein asymmetrischer Modus ist, und dass die Gatesignale Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Signale sind.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Gatesignale des ersten Modus und die Gatesignale des zweiten Modus abwechselnd in jedem anderen Schaltzyklus erzeugt werden.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei das Vorschaltgerät ein Halbbrücken-Vorschaltgerät (1) ist, welches die zwei Schalter (11, 12) aufweist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (2) als Hardware getrennt von dem Vorschaltgerät implementiert wird.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit als Software in einem Mikroprozessor implementiert wird.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit als programmierbarer Logikbaustein implementiert wird.
Steuereinheit (2), welche sich zur Verwendung in einem Vorschaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche eignet.
Verfahren zur Steuerung eines Vorschaltgeräts zur Steuerung von Lampen, wobei das Vorschaltgerät mindestens zwei Schalter aufweist, welche in Schaltzyklen ein- und ausgeschaltet werden, wonach: – Gatesignale erzeugt werden, welche sich in einigen Schaltzyklen in einem ersten Modus und in anderen Schaltzyklen in einem zweiten Modus befinden, und – die Gatesignale zu dem Vorschaltgerät (1) übertragen werden, um zum Ein- oder Ausschalten der Schalter (11, 12) eine Gatespannung zu aktivieren und zu deaktivieren, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus bewirkt, dass das Vorschaltgerät konkave Vorschaltimpedanzlinien erzeugt, und der zweite Modus bewirkt, dass das Vorschaltgerät konvexe Vorschaltimpedanzlinien erzeugt, dass der erste Modus ein symmetrischer Modus und der zweite Modus ein asymmetrischer Modus ist, und dass die Gatesignale Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Signale sind.