DE69807118T2

DE69807118T2 - Vorschaltgerät für eine gasentlampe

Info

Publication number: DE69807118T2
Application number: DE69807118T
Authority: DE
Inventors: Thomas Durkan; Paul Mccarthy; Sean Noone; Michael Quinlan
Original assignee: Noontek Ltd
Current assignee: Noontek Ltd
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: AU735261B2; DK1042942T3; DE69807118D1; WO1999005889A1; CA2297248A1; EP1042942B1; EP1042942A1; AU8643498A; ATE222043T1; US6414448B1; ES2183400T3

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Ballast filz eine Gasentladungslampe, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich filz öffentliche Ausstattungen, Sicherheitsanwendungen oder Wohnkomfortanwendungen.
Gegenwärtig verfügbare Ballaste Ballaste leiden im Allgemeinen an einem schlechten Leistungsfaktor, einem hohen Energieverbrauch, einer unflexiblen Steuerung und einem großen physikalischen Gewicht und großer Größe.
Es ist ersichtlich, dass zahlreiche Verfahrensweisen und Schaltkreise entwickelt wurden, um diese Probleme zu überwinden. Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 95/22194 (Philips Electronics N.V.) offenbart eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Wechselstromleitungsspannung mit niedriger Frequenz in eine Hochfrequenzwechselstromausgangsspannung und betrifft einen kostengünstigen miniaturisierten elektronischen Ballastkreis zum Betrieb von Entladungslampen. Diese offenbart kein Verfahren zur Steuerung der Zündung einer Lampe oder zur Steuerung des Ansteuerstroms zu der Lampe.
Das U.S.-Patent Nr. 5,128,592 (Dean et al.) offenbart einen Hochfrequenzballast, der einstellbar an verschiedene Arten von Gasentladungslampen angepasst ist. Es offenbart des Weiteren einen Hochfrequenzballast, der einen Vorregler zur Bereitstellung einer im Wesentlichen konstanten Spannungsquelle zur Verwendung durch den Wechselrichter in dem Hochfrequenzballast umfasst. Jedoch weist dieses U.S.-Patent wiederum einen getrennten Schaltkreis für die Zündung einer Lampe und einen getrennten Schaltkreis zur Steuerung des Ansteuerstroms zu der Ballastlampe auf.
U.S.-Patent Nr. 4,484,190 (Bedard) offenbart ein System zur programmierbaren Steuerung des Ausgabepegels jeder einzelnen einer Vielzahl von Lasten entweder von einer entfernten Stelle aus oder aus der Nähe. Diese Vorrichtung kann verwendet werden, um eine Anzahl von elektronischen Lampen zu betreiben und zu warten. Dieses U.S.-Patent offenbart ebenfalls ein System zur programmierbaren Fernsteuerung des Lichtausgabepegels mindestens einer Entladungslampe. Jedoch betrifft dieses Patent die Art und Weise der Steuerung einer Anzahl elektronischer Ballaste und betrifft keine verbesserte Konstruktion einer Ballastlampe.
Daher besteht ein Bedarf für einen verbesserten Ballast, um diese Probleme zu überwinden.

Angaben zur Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektronischer Ballast für eine Gasentladungslampe geschaffen, der umfasst:
einen Steuerkreis;
einen Eingangsstufen-Gleichrichter;
einen Hochfrequenzwechselrichter, der an Lastklemmen der Gasentladungslampe angeschlossen ist;
eine Benutzerschnittstelle, die an den Steuerkreis angeschlossen ist;
wobei der Ballast eine Induktionsspule umfasst, die Folgendes aufweist.
Mittel zum Steuern der Zündung der Gasentladungslampe; und
Mittel zum Steuern eines Niederfrequenzansteuerstroms, der an die Gasentladungslampe angelegt wird.
Vorzugsweise ist der Steuerkreis programmierbar. Die Benutzerschnittstelle kann Signale über Tasten, Funksignale oder Mobilfunksignale, eine Telefonstandleitung oder Netzstromkabel empfangen. Dies ist besonders nützlich für die Einstellung der Lampe auf eine Vielzahl von Lichteinstellungen je nach Wunsch der Bedienungsperson.
Vorzugsweise umfasst der Ballast eine einzelne Induktionsspule zur Handhabung sowohl der Hochfrequenzansteuerung der Last als auch dei Lampenzündung. Bei einer Ausführungsform ist eine Abzweigung der Steuerinduktionsspule über einen Kondensator und einen Schalter in Reihe an Masse angeschlossen, wobei der Schalter von dem Steuerkreis gesteuert wird, um den fortschreitenden Aufbau von Zündungsenergie zu steuern.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Eingangsstufe des Ballastes eine Induktionsspule, die primäre und sekundäre Windungen aufweist, wobei die primären Windungen zur Steuerung des Ladens eines Beschaltungskondensators verwendet werden und die Sekundärwicklung verwendet wird, um das Entladen der Induktionsspule zu ermöglichen, wenn das Laden des Beschaltungskondensators abgeschlossen ist und wenn der Schalttransistor sperrt.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Ballast einen Kondensator an den Lampenklemmen und ein Relais, um den Kondensator während der Zündung zu isolieren. Vorzugsweise umfasst der Steuerkreis ein Mittel zum Steuern der Impulsbreite von Torsignalen zu den Wechselrichterschaltern, um die Ansteuerung zu steuern.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Ballast Schalter zum Isolieren des Kondensators während der Zündung.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst der Ballast eine Lampentreiberschaltung.
Vorzugsweise umfasst die Lampentreiberschaltung Mittel für die Synthese einer Lampenansteuerungswellenform mit niedriger Frequenz. Diese Wellenformen können entweder Rechteckwellen oder Sinuswellen sein, die in Vorteilhafter Weise die Inkompatibilität mit Entladungslampen von Fremdherstellern beseitigen. Ein mögliches Beispiel für diese Inkompatibilität ist akustische Resonanz der inneren mechanischen Teile der Lampe, wodurch die Lebensdauer der Lampe verkürzt wird.
Idealerweise ist die Lampentreiberschaltung für die Erzeugung einer rechteckigen Lampenansteuerungswellenform gebildet, die vorteilhafterweise einen niedrigeren Scheitelfaktor aufweist, welcher das Verhältnis zwischen Spitzenstrom und quadratischem Mittelwertstrom darstellt, um die Lebensdauer der Lampe weiter zu verlängern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lampenansteuerungswellenform einen Spitzenwert auf, der kleiner ist als das 1,4-fache des quadratischen Mittelwerts, und bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Wert 1,1.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung einiger nur beispielhaft gegebener Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, bei denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines elektronischen Ballastes der Erfindung ist;
Fig. 2, 3 und 4 Diagramme verschiedener Wellenformen des Schaltkreises sind;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines elektronischen Ballastes ist, der gemäß der Erfindung gebildet ist;
Fig. 6, 7 und 8 Diagramme verschiedener Wellenformen des elektronischen Ballastes aus Fig. 5 sind;
Fig. 9 und 10 Diagramme von Lampenansteuerungswellenformen des Stands der Technik sind; und
Fig. 11 ein Diagramm einer Lampenansteuerungswellenform ist, die einen Teil der Erfindung bildet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein elektronischer Ballast 1 für eine Gasentladungslampenlast 10 gezeigt Der Ballast 1 umfasst eine mikrocontrollerbasierte Schnittstelle 2 zum Empfang von Eingaben, wie beispielsweise Steuersignalen. Die Schnittstelle 2 ist an einen Zündungs- und Stromsteuerkreis 3 angeschlossen. Der Steuerkreis 3 umfasst einen Schaltkreis zur Steuerung der Zündung der Lampenlast 10 unter Verwendung einer Induktionsspule L3 (siehe unten) und überwacht ebenfalls Strom, Spannung und Leistung, die an die Lampenlast 10 angelegt werden.
Der Ballast 1 umfasst ebenfalls einen Leistungsfaktorsteuerkreis 4, der den Betrieb einer Induktionsspule L1, eines Transistors Q1 und einer Diode D1 steuert.
Die leistungshandhabenden Komponenten des Ballastes 1 können funktionell wie folgt grob gruppiert werden.
Ein Gleichstrombrückengleichrichter R, MOSFET-Wechselrichterschalter Q2 und Q3, die jeweils eine Diode D3 und D4 aufweisen, und eine Ansteuerinduktionsspule L3, ein Beschaltungskondensator Cs und ein paralleler Lampenkondensator C1;
eine Eingangsstufenfilterinduktionsspule L1;
Leistungsfaktorsteuerkomponenten Q1, L1, D1, Cr1, Cr2 (wobei Cr1 und Cr2 ebenfalls als Speicherkondensatoren arbeiten) und der Steuerkreis 4;
Energierückgewinnungskomponenten L2 und D2; und
Zündungskomponenten Ci, Q4, Q5, RLY.
Ebenfalls unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3 und 4 wird nun der Betrieb des Ballastes 1 beschrieben.
Der Brückengleichrichter führt auf herkömmliche Weise eine Gleichrichtung von Wechselstrom in Gleichstrom aus. Die Induktionsspule L1 filtert die Eingabe und unterstützt ebenfalls, wie unten beschrieben, die Bereitstellung einer Leistungsfaktorkorrektur. Diese Filterung kann ebenfalls extern durch ein dediziertes Netzstromfilter bereitgestellt werden, anstatt dass eine Filterunterstützung durch die Induktionsspule L1 bereitgestellt wird.
Ein Hochfrequenzschalten wird von den Transistoren Q2 und Q3 ausgeführt, die über die Induktionsspule L3 die Last 10 ansteuern. Bei der Netzstromhalbperiode A pulst Q2 Energie mit einem Pegel, der vom Steuerkreis 3 bestimmt wird, in L3 und in die Last. Bei der Netzstromhalbperiode B pulst Q3 Energie durch L3 und die Last, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Ein wichtiger Gesichtspunkt dieses Schaltkreises 1 besteht darin, dass der Steuerkreis 3 die Impulsbreite der Steuersignale für Q2 und Q3 variiert, da ein Stromfluss in L3 einen internen Bezugspegel spiegelt. Dieser interne Bezugspegel ist einseitig und direkt proportional zur Netzspannung. Der Kondensator C1 verringert die Hochfrequenzstörung und die elektromagnetische Störung.
Für die Zündung stellt die Abzweigung von L3, die mit C1, Q4 und Q5 verbunden ist, einen fortschreitenden Energieaufbau bereit. Die Ablauffolge beginnt damit, dass Q2, Q4 und Q5 angesteuert werden, so dass sie durchschalten, woraufhin ein Strom durch Q2, die Induktionsspulenabzweigung bei L3 und Q5 fließt. Dieser Strom nimmt stetig zu (mit einer Geschwindigkeit, die von der Spannung und dem Induktionsspulenwert bestimmt wird). Sobald der Strom einen Wert erreicht hat, der der Induktionsspule eine ausreichende Startenergie zuführt, wird der Transistor Q5 durch den Steuerkreis 3 gesperrt. Sofort nimmt die Spannung an CI und an der Spannungsabzweigung rasch zu, da die Induktionsspule einen alternativen Weg für den Strom sucht, der durch sie hindurchfließt. Dieser Spannungsanstieg wird in einem Spannungsimpuls auf die Last reflektiert, der dem Abzweigungsverhältnis multipliziert mit der Spannung an Ci entspricht. Die erzeugte Hochspannung verursacht eine Lampenzündung. Während der Zündung ist das Relais RLY etwa 100 msec lang offen, um die Filterkomponenten von diesen Impulsen zu isolieren. Die Zündungsenergie wird gesteigert, bis die Lampe zündet. Der Steuerkreis 3 beginnt mit einem mäßigen Impuls mit einer Spitzenamplitude von etwa 1 kV. Wenn es einer dieser Ablauffolgen nicht gelingt, die Lampe zu zünden, wird die Impulsenergie auf eine höhere Spannung von 1,2 kV erhöht und so weiter, bis die Lampe zündet. Es ist ersichtlich, dass durch den Versuch der Zündung mit Impulsen bei einer niedrigeren Spitzenamplitude die Lastbelastung verringert und die Lebensdauer der Lampe verlängert wird und dass sowohl die Hochfrequenzstörung als auch die elektromagnetische Störung bei der Zündung verringert werden.
Für eine Leistungsfaktorkorrektur halten die oben dargelegten Komponenten eine gleichbleibende Gleichstromversorgungsspannung von etwa 390 V aufrecht. Zusätzlich zur Filterung der Gleichstromversorgung und zur Leistungsfaktorkorrektur steilen die geteilten Speicherkondensatoren Cr1 und Cr2 einen Spannungsteiler bereit, der sicherstellt, dass die Spannung nach dem Einschalten etwa die Hälfte der Versorgungsspannung beträgt. Während der Halbperiode A pulst Q2 Strom durch L3, die Last und zu Cr1 und 2. Dies verursacht, dass die Spannung an der Cr1-Cr2- Verbindung ansteigt, da jedoch die Kondensatoren Cr1 und Cr2 groß sind, ist der Spannungsanstieg minimal. Während der Halbperiode B pulst Q3 Energie durch L3, die Last 10 und die Cr1-Cr2-Verbindung.
Der Steuerkreis 3 überwacht die Spannung an Cr1, Cr2, um sicherzustellen, dass sie nicht weit von dem Halbwert der Schiene abweicht. Im Fall, dass eine Abweichung aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen der Periode A und der Periode B auftritt, korrigiert der Steuerkreis 3 dies durch Einstellung von relativen Periodenenergien.
Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die oben beschriebene geteilte Speicherfunktion ebenso unter Verwendung eines einzelnen Kondensators und Ersatz von Cr1 und Cr2 durch Transistoren erreicht werden kann.
Es können ähnliche kleinere Veränderungen am Schaltkreis vorgenommen werden, und es körnte eine H-Brückenkonfiguration verwendet werden.
Freilauf zwischen den Impulsen wird, abhängig von der Halbperiode, entweder von D3 oder D4 bereitgestellt, wobei D4 während der Halbperiode A und D3 während der Halbperiode B aktiv ist. Diese Dioden können als inhärente Bulk- bzw. Body- Dioden oder als externe Dioden bereitgestellt werden Es können zusätzliche Dioden hinzugefügt werden, um zu verhindern, dass D3 und D4 zur Gesamtschaltkreisfunktion beitragen.
In Fig. 2 und 3 sind Wellenformen veranschaulicht. Im Einzelnen werden Q2 und Q3 während der jeweilen Periode A und B des Netzstroms durchgeschaltet und gesperrt, um Strom durch L3, die Last 10 und zurück zu der Cr1-Cr2-Verbindung zu treiben und die gezeigten Laststrom- und Lastspannungswellenformen zu erzeugen. Beim Schalten von Q2 und Q3 besteht ein Bedarf, Energie zu dissipieren, die über L2p und L2s zur Versorgung zurückgeführt wird.
Bezüglich der Art und Weise, in der die Schaltenergie rückgewonnen wird, wenn Q2 oder Q3 durchschaltet, wird Strom durch die Primärwicklung von L2 geleitet. Da D2 in Sperrrichtung vorgespannt ist, verhält sich L2 wie eine reine Induktionsspule und verursacht, dass sich der Strom stufenweise aufbaut. Dies ermöglicht, dass der Beschaltungskondensator Cs ohne übermäßige Stromspitzen geladen wird. Dies verringert ebenfalls die Spannungsrate, die am Transistor und an den Freilaufdioden aufgebaut wird, was die fast vollständige Beseitigung von Schaltverlusten in diesen Komponenten zur Folge hat, einschließlich der Wirkung der Vrrm-Dissipation in den Dioden. Der aufgeladene Beschaltungskondensator ermöglicht seinerseits, dass die Induktionsspule L3 während des Ausschaltübergangs am Ende der Periode den Stromfluss aufrecht erhält. Obwohl Cs vollständig aufgeladen ist, versucht die Induktionsspule Lp, den Stromfluss aufrecht zu erhalten, und VCs steigt um einen Faktor, der vom Windungsverhältnis zwischen Lp und Ls bestimmt wird, über die Gleichstromversorgung an. Der Stromfluss in L3 wird von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung übertragen, wobei die Diode nun in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Der Strom der Induktionsspule wird nun zu der Versorgungsschiene zurückgeführt. Damit diese Wirkung stattfinden kann, muss ein geeignetes Verhältnis zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung von 1 : 4 vorliegen, das ermöglicht, dass die Spannung an Cs auf 125% der Versorgungsspannung ansteigt.
Indem die Anzahl der Windungen in der Sekundärwicklung größer als die in der Primärwicklung gehalten wird, kann der Spannungsanstieg der Primärwicklung, wenn Q2 oder Q3 nicht mehr durchschaltet, gesteuert werden. Zusätzlich kann ebenfalls die Zeit gesteuert werden, die benötigt wird, damit Ls ihre Energie zurück in die Versorungsschienen entlädt. Die entsprechenden Wellenformen sind in Fig. 3 veranschaulicht Fig. 4 veranschaulicht die Wellenformen, die dem Betrieb entsprechen, wenn der Laststrom rechteckig beschaffen ist.
Das oben Genannte zeigt den Grundbetrieb des Schaltkreises auf, jedoch bieten die Schnittstelle 2, der Steuerkreis 3 und der Leistungsfaktorsteuerkreis 4 eine Intelligenz, die ermöglicht, dass weitere Merkmale bereitgestellt werden können. Die Eingabesignale können über einen Lichtsensor oder einen Beleuchtungsregler bereitgestellt werden. Diese würden entweder den tatsächlichen Pegel externer Beleuchtung anzeigen oder die Tatsache, dass ein bestimmter Schwellenwert erreicht wurde, Lies ermöglicht gesteuertes Ein- und Ausschalten oder einen Helligkeitsregelungsbetrieb. Die Eingabesignale können ebenfalls von einem Funkmodul oder einem Netzstrommodul empfangen werden, das ermöglicht, dass der Ballast über Funkübertragungen oder über ein Netzstromkabel ferngesteuert wird. Alternativ können Eingabesignale von einem öffentlichen Telefonsystem, entweder einem festen oder einem mobilen Telefonsystem, empfangen werden. Noch eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Infrarotempfängers.
Die Schnittstelle 2 oder der Steuerkreis 3 kann einen Echtzeittaktgeber umfassen, der über ein Langwellenfunksignal, wie beispielsweise das 60 kHz MSF- Zeitsignal, betrieben werden kann. Alternativ könnte ein astronomische Schaltuhr eingebaut werden.
Noch eine weitere Möglichkeit besteht im Empfang von Signalen von einem Verkehrsüberwachungssystem.
Der Steuerkreis 3 kann eine leiterplattenintegrierte Nachschlagtabelle von Schaltzeiten enthalten, wodurch ein von einem Lichtsensor unabhängiger Betrieb ermöglicht wird.
Ausgabesignale vom Steuerkreis 3 könnten einen weiten Bereich diagnostischer Informationen über den Betrieb des Systems anzeigen, die für Wartungspersonal von unschätzbarem Wert sind. Einige Informationen könnten den Lampenstatus, die Gesamteinschaltzeit, die Gesamtausschaltzeit, die Schaltzeiten, die verbrauchte Energie, die Lichtausgabe usw. umfassen. Diese Informationen könnten über Funkübertragung, Infrarotübertragung, Netzstromverkabelung, ein festes oder mobiles Telefonsystem oder über Satellit zum Wartungspersonal übertragen werden. Dies würde die Notwendigkeit des Patrouillierens beseitigen und eine exaktere Inventarsteuerung und Informationssammlung ermöglichen. Ein wichtiger Gesichtspunkt besteht darin, dass die Betriebskosten für eine Organisation wie beispielsweise eine Kreisverwaltungsbehörde drastisch gesenkt würden.
Es ist ersichtlich, dass die Erfindung einen einfachen Ballastschaltkreis schafft, bei dem sowohl die Zündungs- als auch die Regelungsfunktion von derselben Induktionsspule (L3) ausgeführt werden. Dies beseitigt eine Schaltstufe, was zu einer besseren Effizienz führt.
Das Schaltverlustrückgewinnungsverfahren ermöglicht, dass eine Effizienz von bis zu 95% im Hauptschaltkreis erreicht wird. Die Vorteile hiervon bestehen darin, dass mehr Energie zur Last übertragen wird, eine minimale Selbsterwärmung auftritt und die Belastung der Komponenten stark verringert wird. Des Weiteren unterstützt die Weise, in der die Zündungsenergie fortschreitend aufgebaut wird, eine Verringerung der Hochfrequenzstörung und der elektromagnetischen Störung und eine Verringerung der Abnutzung der Lampenkomponenten. Es ist ersichtlich, dass das Schaltverlustrückgewinnungsverfahren besonders nützlich ist, wenn Transistoren von geringer Qualität verwendet werden. Wenn dies nicht der Fall ist, ist seine Nützlichkeit weniger bedeutsam.
Der Steuerkreis 3 kann so programmiert werden, dass er den Lampenstrom stufenweise erhöht und die Lampenspannung überwacht. Bei niedrigem Strom befindet sich die Lampe im Bereich ihres negativen Widerstandes, wo die Lampenspannung bei steigendem Strom fällt. Wenn der Strom zunimmt, wird ein Punkt erreicht, an dem die Lampenspannung wieder zu steigen beginnt. Dies ist der Bereich des positiven Widerstandes. Der optimale Strom ist der, der die Lampe gerade zwischen diesen beiden Betriebsbereichen hält. Sobald der Ballast den optimalen Ansteuerstrom identifiziert hat, wählt er die Standardnennbelastbarkeit, die diesem Wert am nächsten kommt, jedoch darunter liegt. Eine Alternative hierzu besteht darin, Wahlschalter zur Einstellung einer bestimmten Nennbelastbarkeit bereitzustellen.
Zum Verdunkeln der Lampe wird der Strom auf einem Gleichstrompegel gehalten, der leicht unterhalb des quadratischen Mittelwertes des Wechselstromäquivalents mit niedrigerer Intensität liegt. Die Lampenlichtausgabeintensität nimmt nun ab, und die Lampe beginnt abzukühlen Nach einer Zeitspanne wird der Wechselstrom mit dem neuen niedrigeren Pegel erneut angewendet. Die Polarität des Gleichstroms wird vom Verdunklungsbetrieb zum Normalbetrieb umgekehrt, um eine Lampenpolarisation zu vermeiden.
Der Steuerkreis 3 umfasst ebenfalls eine Lampentreiberschaltung zur Synthetisierung einer Lampenansteuerungswellenform mit niedriger Frequenz. Diese Wellenformenen können entweder Rechteckwellen oder Sinuswellen sein, um einen Nachrüstanschluss des Ballastes an eine große Vielfalt von Lampen zu ermöglichen. Wenn eine rechteckige Lampenansteuerungswellenform von dem Steuerkreis 3 erzeugt wird, wird die Lebensdauer der Lampe als Folge eines niedrigeren Scheitelfaktors in der Lampe verlängert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist nun eine alternative Konstruktion eines elektronischen Ballastes gezeigt, die allgemein mit der Bezugsnummer 100 bezeichnet ist, wobei Teile, die den in Fig. 1 bis 4 beschriebenen entsprechen, allgemein mit denselben Bezugsnummern bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform zeigt der Ballast 100 den Leistungsfaktor bzw. die Speicherkondensatoren CR1 und CR2, die durch MOSFET-Vorrichtungen ersetzt sind. Dies senkt die Kosten des Ballastes überwindet Schwierigkeiten im Zusammenhang mit Spannungsverlust, welcher besondere Probleme beim Antreiben einer älteren Lampe aufwirft.
Der Ballast 100 weist keinen Energierückgewinnungsschaltkreis auf; dies wird ermöglicht, indem die Transistoren Q2 und Q3 auf eine höhere Nennbelastbarkeit umgeschaltet werden. Es ist ersichtlich, dass die Verringerung der Komplexität sowohl die Steuerkreiseffizienz und -zuverlässigkeit verbessert als auch die Herstellungskosten verringert. Des Weiteren ist das Relais RLY nicht länger notwendig, da Rauschen kein Problem mehr ist. Eine weitere Modifikation des Ballastes 100 best darin, dass die Induktionsspule L3 mit einer Anzahl von Abzweigungen versehen ist, die ermöglichen, dass die Einheit eine Vielzahl von Lasten 10 steuert. Der Schalter zwischen den verschiedenen Abzweigungen kann durch einen manuellen Schalter, Auswahlstifte oder alternativ durch einen automatischen Erfassungsschaltkreis realisiert werden. Fig. 6, 7 und 8 zeigen jeweils die Transistorzustände, den Laststrom- und die Induktionsspulenspannungswellenformen für diese Ausführungsform.
Die rechteckige Lampenansteuerungswellenform, die von dem oben erwähnten Steuerkreis erzeugt wird, ist in Fig. 11 gezeigt. Wellenformen des Stands der Technik sind in Fig. 9 und 10 gezeigt. Für Fachleute ist ersichtlich, dass das Erreichen einer Spitze, die das 1,4-fache des quadratischen Mittelwertes beträgt, oft schwierig ist; häufig streben Werte als Folge einer Verzerrung gegen das 1,6-fache der Spitze vom magnetischen Ballast. Selbst wenn es möglich ist, den theoretischen Wert des 1,4- fachen der Spitze zu erreichen, kann der hohe Scheitelfaktor, der mit diesen Wellenformen einhergeht, dazu beitragen, aufgrund erhöhter Temperaturen in der Lampe die Lebensdauer der Lampe zu verkürzen. Die Verwendung der in Fig. 11 gezeigten Rechteckwellenform weist eine Reihe von Vorteilen auf. Da die Welligkeit minimal ist, überschreitet der Spitzenstrom nicht das 1,1-fache des quadratischen Mittelwertes, und es sind leicht Werte erreichbar, die nahe am Faktor 1 liegen. Der niedrigere Scheitelfaktor in der Lampe, der mit der Wellenform aus Fig. 11 einhergeht, bei der die Lampenwellenform synthetisiert wird, stellt einen höheren Grad an Frequenzsteuerung bereit und stellt sicher, dass das Risiko von Resonanz vernachlässigbar ist, da die Frequenz dicht am Lampenoptimum liegt.
Es ist daher ersichtlich, dass die Erfindung einen bedeutend verbesserten Steuerkreis für eine große Vielfalt von Lampen schafft. Des Weiteren erweitert diese Steuerung die Funktionalität und verlängert die Lebensdauer der Lampe.
Während die Verwendung der Mindestenergie während der Zündung, um die Lampe zu zünden, die Gesamtlebensdauer der Lampe verlängert, ist ersichtlich, dass diese ebenfalls die Hochfrequenzstörung stark verringert, die mit der Zündung einhergeht. Dies ist besonders nützlich für geographische Orte, an denen eine Anzahl von Lampen in nächster Nähe zueinander angeordnet ist.
Es ist weiterhin ersichtlich, dass die stufenweise Verdunkelung, die mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, den Betrieb der Lampe mit einer großen Anzahl von Helligkeitseinstellungen ermöglicht. Dies stellt ein wichtiges Merkmal der. Erfindung dahingehend dar, dass früher Lampen bei einer beschränkten Anzahl von Helligkeitspegeleinstellungen, abhängig von Umgebungslicht und Tageszeit, betrieben werden konnten.
Die Erfindung ist nicht auf die hierin zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in der Konstruktion und in Einzelheiten variiert werden.

Claims

1. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10), der umfasst:

einen Steuerkreis (3);

einen Eingangsstufen-Gleichrichter;

einen Hochfrequenzwechselrichter, der an Lastklemmen der Gasentladungslampe (10) angeschlossen ist;

eine Benutzerschnittstelle (2), die an den Steuerkreis (3) angeschlossen ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ballast (1) eine Induktionsspule (L3) umfasst, die Folgendes aufweist:

Mittel zum Steuern der Zündung der Gasentladungslampe (10); und

Mittel zum Steuern eines Niedrigfrequenzansteuerstroms, der an die Gasentladungslampe (10) angelegt wird.

2. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 1, wobei der Ballast (1) eine Abzweigung zur Induktionsspule (L3) umfasst, die über einen Kondensator und einen Schalter in Reihe an Masse angeschlossen ist, wobei der Schalter von dem Steuerkreis (3) gesteuert wird, um den fortschreitenden Aufbau von Zündungsenergie zu steuern.

3. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 2, wobei der Steuerkreis (3) Mittel zum stufenweisen Laden des Kondensators aufweist.

4. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hochfrequenzwechselrichter zwei Schalter Q2 und Q3 aufweist die jeweils während jedes Zyklus an- und ausgeschaltet werden, um Strom durch die Induktionsspule (L3) zu leiten und zu der Gasentladungslampe (10) zu leiten.

5. Elektronischer Ballast (1) Ihr eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktionsspule (L3) angezapft werden kann, um eine Vielzahl von Lasten zu steuern.

6. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerkreis Mittel zum Variieren der Impulsbreite der Steuersignale auf aufweist.

7. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerkreis (3) Mittel zur Bestimmung des optimalen Stroms für eine Höchstleistung des Lampenbetriebs aufweist.

8. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerkreis (3) Mittel zum Einstellen des Stroms, der an die Last angelegt wird, aufweist, wenn die Spannung von einem vorherbestimmten Wert abweicht.

9. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerkreis (3) Mittel zur Einbeziehung einer Lampentreiberschaltung zur Synthetisierung einer Lampenansteuerwellenform mit niedriger Frequenz aufweist.

10. Elektronischer Ballast (1) ihr eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerkreis (3) Mittel zum Fernempfang von Eingangssignalen aufweist.

11. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Mittel zur Übertragung diagnostischer Informationen zu einem entfernten Ort bereitgestellt sind.

12. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenz der Lampe gesteuert wird.

13. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 12, wobei eine optimale Frequenzsteuerung durch die Verwendung eines niedrigen Scheitelfaktors erreicht wird.

14. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lampenansteuerungswellenform einen Spitzenwert aufweist, der kleiner ist als das 1,4-fache des quadratischen Mittelwertes.

15. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach Anspruch 14, wobei der Spitzenwert das 1,1-fache des quadratischen Mettelwertes ist.

16. Elektronischer Ballast (1) für eine Gasentladungslampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangsstufe des Ballastes eine Induktionsspule umfasst, die primäre und sekundäre Windungen aufweist.