DE69822126T2

DE69822126T2 - Elektronisches vorschaltgerät mit parallelladung und reihensteuerung

Info

Publication number: DE69822126T2
Application number: DE69822126T
Authority: DE
Inventors: Bertrand Eric SHEN; Frederick Martin SCHLECHT
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-11-03
Also published as: EP0948878A1; EP0948878B1; CN1171509C; WO1999025159A1; CA2276726A1; TW467465U; KR20000069895A; DE69822126D1; JP2001513253A; ATE261234T1; US5917290A; CN1249896A

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Lampen, und insbesondere elektronische Vorschaltgeräte für Entladungslampen.
Es wurde geschätzt, dass über 25% der weltweit verbrauchten elektrischen Energie für die Versorgung von künstlicher Beleuchtung verwendet wird. Daher darf die Bedeutung von leistungsstarken elektrischen Lichtquellen nicht unterschätzt werden.
Die effizientesten elektrischen Lichtquellen, die allgemein erhältlich sind, sind gashaltige Niederdruck- und Hochdruck-Entladungslampen, d. h. jeweils fluoreszierende und hochintensive (HID-)Entladungslampen. Diese Lampentypen sind allgemein durch einen negativen Widerstand gekennzeichnet und werden von. Strombegrenzungsschaltungen gesteuert, die als Vorschaltgeräte bekannt sind.
Es werden allgemein zwei Typen von Lampenvorschaltgeräten, d. h. elektromagnetische und elektronische, für die Steuerung von Entladungslampen eingesetzt. Elektromagnetische Entladungslampen haben nur passive Schaltungselemente und steuern Lampen allgemein mit Netzstromfrequenzen. Elektronische Entladungslampen haben sowohl passive als auch aktive Schaltungselemente und steuern Lampen allgemein mit sehr viel höheren Frequenzen als Netzstromfrequenzen. Generell ist ein elektromagnetisches Vorschaltgerät kostengünstiger. Allerdings ist ein elektronisches Vorschaltgerät kleiner und leichter, betreibt Entladungslampen effizienter mit weniger hörbarem Geräusch und ohne sichtbares Flackern, es trägt zu einem längeren Lampenleben bei. Außerdem können elektronische Vorschaltgeräte den Entladungslampenstrom bei unterschiedlich bedingtem Netzstrom und Lampenbetrieb effizienter regeln als elektromagnetische Vorschaltgeräte.
1 zeigt schematisch ein typisches elektronisches Vorschaltgerät für die Steuerung einer Entladungslampe L ausgehend von einer Wechselstromspannung v_ac, kommend aus einer Stromquelle PS, wie eine Netzleitung aus einem lokalen Netzanschluss. Das Vorschaltgerät enthält einen elektromagnetischen Störfilter EMI, eine Vollwellen-Gleichrichterbrücke BR, eine Stromfaktor-Korrekturschaltung, eine Energiespeicherkapazität C_e, einen Halbbrücken-Resonanzwechselrichter, alle seriell zwischen der Stromquelle und der Lampe L elektrisch angeschlossen.
Der Filter EMI verhindert elektromagnetische Störung, erzeugt von dem Vorschaltgerät, und die Entladungslampe vor ihrer Rückleitung zur Stromquelle. Das Vorschaltgerät erzeugt EMI in der Form von Oberschwingungsströmen, die, wenn zur Stromquelle zurückgeführt, Probleme wie überhöhte neutrale Ströme, überhitzte Transformatoren und Störungen mit empfindlichen elektronischen Ausrüstungen erzeugen könnten, die ebenfalls von dieser Stromquelle mit Strom versorgt werden. Entladungslampen können sowohl elektromagnetische als auch Funkfrequenz-Störungen erzeugen.
Die Stromfaktor-Korrekturschaltung ist ein gut bekannter Zusatz-Umformertyp mit einem Induktor L₁₀, einem Schalttransistor Q₁₀ und einer Diode D₁₀. Ihre Aufgabe besteht in der Erhöhung des Stromfaktors an der Wechselstromquelle und der Steigerung der Gleichstromspannung, die über die Brücke BR an die Energiespeicherkapazität C_e geführt wird.
Die Energiespeicherkapazität C_e erfüllt zwei Funktionen. Zuerst dient sie als Gleichstrom-Spannungsquelle für den Resonanzwechselrichter. Und zweitens gleicht sie den Energiefluss zwischen der Ladung und der Stromquelle aus.
Wenn die Wechselstromquelle PS momentan weniger Strom liefert als die Ladung verbraucht, muss C_e Energie an die Ladung liefern. Folglich muss, wenn die Wechselstromquelle momentan mehr Strom liefert, als die Ladung verbraucht, C_e Energie speichern.
Die Resonanzwechselrichter-Ausgangsstufe wandelt die Wechselstromspannung der Energiespeicherkapazität C_e in eine Hochfrequenz-Sinussteuerung für die Lampe L um. Zwei Transistorschalter Q₁₁ und Q₁₂ sind elektrisch in einer Halbbrückenkonfiguration geschaltet und arbeiten in einem 50%-Arbeitszyklus zum Zerhacken der Gleichstromspannung in ein Hochfrequenz-Rechtecksignal. Eine Kapazität C_b wird bereitgestellt, um Gleichstromkomponenten am Erreichen des Transformators T zu hindern, der sowohl der Isolation als auch der Impedanzabstimmung dient. Ein Induktor L_f und eine Kapazität Cr bilden einen zweitrangigen Filter für die Filterung der Hochfrequenz-Rechtecksignal, damit der Entladungslampe L Sinusspannung und -strom mit Basis-Schaltfrequenz zugeführt werden.
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektronischen Vorschaltgeräts, das den Steuerstrom einer Entladungslampe optimiert, um die Strahlungsleistung der Lampe zu verbessern. Für eine maximale Strahlungsleistung müsste ein konstanter Gleichstrom-Steuerstrom zugeführt werden. Dies ist nicht praktisch, da hierfür ein stromableitender Vorschaltwiderstand erforderlich wäre. Und in Fluoreszenzlampen würde dies eine Einrichtungs-Ionenwanderung in der Entladungssäule bewirken, und das an einem Ende der Lampe erzeugte Licht wäre heller als das am anderen. Der von dem Vorschaltgerät nach altem Stand der Technik von 1 gelieferte Sinus-Wechselstrom ist ein Kompromiss. Es nimmt eine periodische Umkehrung der Polarität des Steuerstroms vor, um eine gleichförmige Helligkeit über die Länge der Entladungssäule zu erreichen, doch die Größe des Steuerstroms ist niemals konstant.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektronischen Vorschaltgeräts, welches kompakt ist und das in Verbindung mit einer Entladungslampe nicht zur Erzeugung elektromagnetischer Störungen beiträgt. Bei dem Vorschaltgerät nach altem Stand der Technik von 1 kann die Größe der passiven Filterkomponenten im Resonanzwechselrichter vermindert werden, indem man die Betriebsfrequenz erhöht. Allerdings erhöht die Erhöhung der Betriebsfrequenz der Entladungslampe auch die elektromagnetische Störenergie, die von der Lampe ausgestrahlt wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verminderung der Größe der Energiespeicherkapazität, die für ein Lampenvorschaltgerät erforderlich ist. Das elektronische Vorschaltgerät von 1 liefert gleichgerichteten Vollwellen-Sinusstrom an Kapazität C_e mit doppelter Stromquellenfrequenz. Bei dieser relativ niedrigen Frequenz liegt der der Kapazität zugeführte Strom während relativ langer Intervalle gut unter der Spitzenamplitude. Um dem Resonanzwechselrichter einen kleinwelligen Strom zu liefern muss die Kapazität C_e physisch groß sein.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein elektronisches Vorschaltgerät bereitzustellen, welches nicht die Verwendung keines Transformators erfordert. Der in einem elektronischen Vorschaltgerät wie dem auf 1 gezeigten verwendete Transformator erhöht nicht nur die Größe und das Gewicht des Vorschaltgeräts, er trägt auch zu elektrischen Verlusten in dem Vorschaltgerät bei.
Ein noch anderes Ziel der Erfindung, ein elektronisches Vorschaltgerät bereitzustellen, welches die Verbesserungen in der Halbleitertechnologie nutzt. Die elektronischen Vorschaltgeräte, die der Beleuchtungsindustrie allgemein zur Verfügung stehen, nutzen die Vorteile der Leistungen in Größe, Stromverbrauch und Kosten, die unter Verwendung von integrierter Schaltkreistechnologie nach dem Stand der Technik mehr und mehr möglich sind, vor allem im Bereich der Stromhalbleiter, nicht voll.
Der Erfindung zufolge wird ein elektronisches Vorschaltgerät zur Umwandlung einer Wechselspannung in einen Strom vorbestimmter Wellenform und Frequenz verwendet, die von einer Stromquelle als Wechsel-Rechteckspannung und -strom mit besagter Frequenz zur Versorgung einer Entladungslampe geliefert wird. Das Vorschaltgerät enthält mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung, eine Brückenschaltvorrichtung und eine Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtung. Die Brückenschaltvorrichtung und die Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtung arbeiten zusammen, um abwechselnd:

– die mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung parallel mit der Stromquelle elektrisch zu verbinden;
– die mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung in Serie mit der Stromquelle und der Entladungslampe elektrisch zu verbinden; und
– den Durchschnittsstrom zu regeln, der an die und von der mindestens einen kapazitiven Speichervorrichtung geleitet wird, um die Erzeugung von Rechteckspannung und -strom wie besagt zu bewirken.

Die Wechsel-Rechteck-Gleichstrom-Steuerspannung und der entsprechende Wechsel-Steuerstrom, von dem Vorschaltgerät erzeugt, maximiert die Strahlungsleistung der Entladungslampe, ohne einen stromableitenden Widerstand zu benötigen, und unter Vermeidung der Einrichtungs-Ionenwanderung, die in Fluoreszenzlampen eintritt, die mit einem Einrichtungs-Gleichstrom gesteuert werden.
Mit der Verwendung einer Arbeitszyklusschaltung mit einer sehr hohen Periodenrate und der Erzeugung einer Wechselstrom-Lampensteuerspannung mit niedriger Frequenz kann das Vorschaltgerät kompakt gemacht werden, ohne die von der Lampe ausgestrahlte elektromagnetische Störenergie zu erhöhen.
Mit der Bereitstellung einer Schaltanordnung für den intermittierenden Anschluss einer Speicherkapazität in Serie mit der Stromquelle und der Entladungslampe, damit die Speicherkapazität der Stromquelle zur Versorgung der Lampe beigeordnet wird, anstatt den gesamten Energiebedarf der Lampe unabhängig zuzuführen, kann die Größe der Speicherkapazität viel kleiner als bei Vorschaltgeräten nach dem alten Stand der Technik werden.
Mit der Erzeugung des Lampensteuerstroms unter Verwendung der hiervor beschriebenen Schalt- und kapazitiven Speichervorrichtungen wird die Notwendigkeit für einen sperrigen und fragwürdigen Transformator entbehrt.
Außerdem sind die in einem Vorschaltgerät nach der Erfindung verwendeten Schaltvorrichtungen speziell für den Bau mit integrierten Stromschaltkreisen geeignet.
Die Ausführungsformen werden unter Verwendung von Zeichnungen veranschaulicht. Von den Zeichnungen sind:
1 ein schematisches Diagramm eines elektronischen Vorschaltgeräts nach dem alten Stand der Technik.
2 ein schematisches Diagramm eines Entladungs-Lampensystems unter Verwendung eines elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend der Erfindung.
3a–3dWellenform-Diagramme zur Veranschaulichung des Betriebs des Systems von 2.
4 ein schematisches Diagramm, welches das elektronische Vorschaltgerät von 2 mehr im Detail zeigt.
5a–5f Wellenform-Diagramme zur Veranschaulichung der Energiemerkmale der Speicherelemente des elektronischen Vorschaltgeräts von 2. 6a–6c Timing-Diagramme, die den Betrieb von Brückenschaltern in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
7 ein schematisches Diagramm, welches eine Ausführungsform des elektronischen Vorschaltgeräts von 4 mehr im Detail zeigt.
8 ein schematisches Diagramm eines Entladungslampensystems mit einer anderen Ausführungsform eines elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend der Erfindung. 9a–9f Timing-Diagramme, die den Betrieb von Hochfrequenzschaltern in der Ausführungsform von 8 zeigen.
10 ein schematisches Diagramm eines Entladungslampensystems mit einer anderen Ausführungsform eines elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend der Erfindung.
11a–11e Timing-Diagramme, die allgemein den Betrieb der Ausführungsform von 10 zeigen.
12a–12f Timing-Diagramme, die den Betrieb von Hochfrequenzschaltern in der Ausführungsform von 10 zeigen.
13 ein schematisches Diagramm eines Entladungslampensystems mit einer anderen Ausführungsform eines elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend der Erfindung.
2 ein schematisches Diagramm eines Entladungs-Lampensystems unter Verwendung eines elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend der Erfindung. Wie gezeigt enthält das Vorschaltgerät ein Nebenschluss-Energiespeicherelement 10 elektrisch parallel mit einer Wechselstromquelle PS angeschlossen, und ein serielles Energiespeicherelement 12, elektrisch in Serie mit einer Entladungslampe L angeschlossen. Die Stromquelle liefert Sinusspannung und -strom mit einer Standard-Netzstromfrequenz von z. B. 60 Hz. Man beachte, dass die Polaritätssymbole + und – die Spannungspolaritäten während den positiven Halbzyklen der Stromquellenspannung v_ac angeben. Die Pfeile zeigen Stromrichtungen wie folgt.

– i_ac steht für den Strom aus der Wechselstromquelle während den positiven Halbzyklen;
– i_lamp steht für den Lampenstrom während den positiven Halbzyklen; und
– i_shunt und i_series stehen jeweils für nebengeschlossene und serielle Speicherelementeströme, wenn diesen Elementen elektrischer Strom zugeführt wird.

Die 3a–3d zeigen den allgemeinen Betrieb des Vorschaltgeräts. Die nebengeschlossenen und seriellen Energiespeicherelemente dienen jeweils zum derartigen kapazitiven Laden und Entladen, damit Sinusquellenspannung v_ac und Strom i_ac, von der Stromquelle PS geliefert, in Rechteckstrom i_l _amp und -spannung v_l _amp gewandelt wird, um die Entladungslampe L synchron mit Quellenspannung und -strom zu steuern. Daher bleiben Lampenstrom und -spannung während jedem Halbzyklus bei einem konstanten Gleichstromwert. Die Steuerung der Entladungslampe mit Rechteckstrom ergibt eine Strahlungseffizienz, die einem Gleichstrombetrieb entspricht, was weitaus besser ist als das mit Sinusbetrieb mit einer Stromquellenfrequenz erreichbare.
4 zeigt vollständiger das elektronische Vorschaltgerät von 2. Das Vorschaltgerät enthält zusätzlich zur Stromquelle PS und der Entladungslampe L zwei Energiespeicherelemente A und B, zwei Brückenschalter S_BRp und zwei Brückenschalter S_BRn. Die Brückenschaltfunktion, um abwechselnd zwischen den Elementen A und B der nebengeschlossenen und seriellen elektrischen, auf 2 gezeigten Anschlüsse hin und her zu schalten.
Besonders während jedem positiven Halbzyklus der Wechselstromquellenspannung v_ac sind die beiden Brückenschalter S_BRp geschlossen, womit sie das Speicherelement A parallel mit der Stromquelle PS und dem Speicherelement B in Serie mit der Entladungslampe L elektrisch miteinander verbinden. Folglich sind während jedem negativen Halbzyklus der Wechselstromquellenspannung v_ac die beiden Brückenschalter S_BRn geschlossen, womit sie das Speicherelement B parallel mit der Stromquelle PS und dem Speicherelement A in Serie mit der Entladungslampe L elektrisch miteinander verbinden.
Die 2, 3a–3d, 4, 5a–5f und 6a–6c zeigen gemeinsam, wie das nebengeschlossene Energiespeicherelement 10 arbeitet, um kontinuierlich Energie von der Stromquelle PS zu sammeln, während das seriell angeschlossene Energiespeicherelement 12 kontinuierlich Energie an die Entladungslampe L abgibt.
Während jedem positiven Halbzyklus T_p der Wechselstromquellenspannung V_ac:

– ist die Spannung v_shunt durch das nebengeschlossene Speicherelement 10 (momentan Speicherelement A) positiv und hat eine Größe gleich v_ac, der nebengeschlossene Strom i_shunt ist auch positiv, außer nahe der Null-Kreuzung von v_shunt und die reine Energieabgabe an das nebengeschlossene Speicherelement (dargestellt durch den Bereich unter der Stromkurve P_shunt) ist positiv; und
– ist die Spannung v_series durch das serielle Speicherelement 12 (momentan Speicherelement B) positiv und kommt zur Quellenspannung v_ac positiver Polarität hinzu, um den positiven Halbzyklus der Gleichstrom-Lampenspannung v_l _amp zu erzeugen, der serielle Strom i_series ist negativ und hat eine Größe gleich der des Gleichstrom-Lampenstroms i_lamP, und die reine Energieabgabe an das serielle Speicherelement (dargestellt durch den Bereich unter der Stromkurve P_serie) ist negativ.

Während jedem negativen Halbzyklus T_n der Wechselstromquellenspannung V_ac:

– ist die Spannung vshunt durch das nebengeschlossene Speicherelement 10 (momentan Speicherelement B) negativ und hat eine Größe gleich v_ac, der nebengeschlossene Strom i_shunt ist auch negativ, außer nahe der Null-Kreuzung von v_shunt v_shun _t und die reine Energieabgabe an das nebengeschlossene Speicherelement (dargestellt durch den Bereich unter der Stromkurve P_shunt) ist positiv; und
ist die Spannung v_series durch das serielle Speicherelement 12 (momentan Speicherelement A) negativ und kommt zur Quellenspannung v_ac negativer Polarität hinzu, um den negativen Halbzyklus der Gleichstrom-Lampenspannung v_lamp zu erzeugen, der serielle Strom i_series ist positiv und hat eine Größe gleich der des Gleichstrom-Lampenstroms i_lamp, und die reine Energieabgabe an das serielle Speicherelement (dargestellt durch den Bereich unter der Stromkurve P_series) ist negativ.

Man beachte, dass der komplette Zyklus, enthalten in den Zeitperioden T_p und T_n, die Polaritäten der Spannungen v_A und v_B an den jeweiligen Energiespeicherelement A und B nie umkehren. Dies vereinfacht den Bau der Speicherelemente A und B.
7 zeigt das Lampensystem von 4, doch weist detailliertere Ausführungsformen der Speicherelemente A und B auf. Jedes dieser Elemente ist identisch und enthält eine Ladungs-Speicherkapazität C_e, zwei Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter S_HF und S_HF und einen Filterinduktor L_f. Alle Schalter im Vorschaltgerät, einschließlich der Brückenschalter S_BRp und S_BBPn, sind nur schematisch angezeigt und es werden in reelle Schaltungen in der Form von Volltransistor-Halbleiterschalter wie Leistungs-MOSFETs eingebaut.
Jeder der beiden Kapazitäten C_e laden abwechselnd von der Stromquelle PS auf und entladen zur Lampe L unter Beibehaltung der gezeigten Polarität. Die beiden Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter S_HF und S'_H _F in jedem Speicherelement arbeiten abwechselnd während allen aufeinanderfolgenden Perioden T_HF, die in einer sehr hohen periodischen Rate (z. B. 100 kHz) relativ zur periodischen Schaltrate (z. B. 60 Hz) der Brückenschalter S_BR und S_B _Rn auftreten. Der Filterinduktor L_f in jedem Speicherelement hindert die Hochfrequenz-Schaltkomponenten daran, die Stromquelle der Lampe zu erreichen.
In Bezug auf jedes der Speicherelemente A und B:

– Wenn der Brückenschalter das Speicherelement parallel mit der Stromquelle verbindet, bringt das Schließen von Schalter S_HF im jeweiligen Element die jeweilige Kapazität C_e parallel zur Stromquelle (über die jeweiligen Filterelemente L_f) doch das abwechselnde Schließen von Schalter S'_HF überbrückt die Kapazität. Während jeder Periode T_HF (z. B. 10 – sek) schließt Schalter S_HF für die Dauer (D_p)T_HF, und Schalter S'_HF schließt für die Dauer (1 – D_p)T_HF, wobei D_p = –v_ac⎕/v_ce. Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil der Perioden T_HF an die Stromquelle angeschlossen zu sein (und von ihr geladen zu werden), wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine große Größe in Bezug auf die Kapazitätsspannung v_ce hat, aber um einen großen Teil der Perioden T_HF überbrückt zu werden, wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine kleine Größe in Bezug auf die Kapazitätsspannung hat.
– Wenn der Brückenschalter das Speicherelement seriell mit der Entladungslampe verbindet, bringt das Schließen von Schalter S_HF im jeweiligen Element die jeweilige Kapazität C_e in Serie zur Lampe (über die jeweiligen Filterinduktoren L_f) doch das abwechselnde Schließen von Schalter S'_HF überbrückt die Kapazität. Während jeder Periode T_HF schließt Schalter S_HF nun für die Dauer (D_S)T_H _F, und Schalter S'_HF schließt für die Dauer (1 – D_S)T_HF, wobei D_S = –v_lamp – v_ac⎕/v_ce. Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil der Perioden T_HF seriell mit der Lampe verbunden zu sein, wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine kleinere Größe in Bezug auf die gewünschte Lampenspannung hat, aber um einen großen Teil der Perioden T_HF überbrückt zu werden, wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine größere Größe in Bezug auf die Lampenspannung hat.

Man beachte, dass der Spannungsabfall durch jeden der Filterinduktoren L_f bei der relativ niedrigen Frequenz der Spannungen v_A und V_B als grundlegend gleich null betrachtet wird. Man beachte weiter, dass obwohl kein spezifischer Stromkreis für Arbeitszyklen zur Modulation der Schalter S_HF und S'_HF beschrieben ist, als Reaktion auf die Variationen zwischen den Spannungen v_ac, v_lamp und v_ce viele geeignete Schaltungen nach dem Stand der Technik gut bekannt sind. Man betrachte z. B. die Principles of Power Electronics von John G. Kassakian, Martin F. Schlecht & George C. Gerghese, Seiten 268-269, Addison-Wesley Publishing Company, 1991.
8 zeigt ein Lampensystem, welches ein elektronisches Vorschaltgerät enthält, in dem nur eine einzige Ladungs-Speicherkapazität verwendet wird, um die in den
3a–3d gezeigten Spannungs- und Stromwellenformen zu erzeugen. Wie gezeigt enthält das Vorschaltgerät einen ersten Filterinduktor L_f in Serie mit einer Stromquelle PS, einen zweiten Filterinduktor L_f in Serie mit einer Entladungslampe L, die Ladungs-Speicherkapazität C_e, zwei Brückenschalter S_BRp, zwei Brückenschalter S_BRn und drei Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter S_HF1, S_HF2 und S_HF3. Die vier Brückenschalter haben die Funktion, die Polarität abzuwechseln, mit der die Kapazität C_e in dem Vorschaltgerät während der positiven und negativen Halbzyklen der Stromquellenspannung v_ac verbunden ist. Die drei Hochfrequenzschalter haben die Funktion, nacheinander die Kapazität C_e auf jeden der drei verschiedenen Anschlusszustände zu bringen:

– elektrisch parallel mit der Stromquelle PS (über den jeweiligen Filterinduktor L_f) angeschlossen;
– elektrisch seriell mit der Lampe L (über den jeweiligen Filterinduktor L_f) in derselben Polaritätsrichtung angeschlossen, damit sich die Spannungen v_ac und v_ce gegenseitig ergänzen;
– betrieblich unterbrochen.

Die beiden L_f in jedem Speicherelement hindert die Hochfrequenz-Schaltkomponenten daran, die Stromquelle der Lampe zu erreichen. Der in Serie mit der Lampe L geschaltete Filterinduktor versichert auch, dass die Lampenspannung v_lamP vom Arbeitszyklus oder Durchschnittswert der Speicherkapazitätsspannung v_ce in jedem der zuvor aufgeführten Anschlusszuständen, wenn die Kapazität elektrisch mit der Lampe verbunden ist, beeinflusst wird.
Der Betrieb der Brückenschalter entspricht dem in den 6a–6c gezeigten Timing. Besonders während jedem positiven Halbzyklus der Wechselstromquelle v_ac sind die beiden Brückenschalter S_BRp geschlossen und dabei elektrisch über die positive Elektrode der Speicherkapazität C_e mit dem Terminal der Stromquelle PS verbunden, die momentan negativ ist. Umgekehrt sind während jedem negativen Halbzyklus der Wechselstromquelle v_ac sind die beiden Brückenschalter S_BB _n geschlossen und dabei elektrisch über die positive Elektrode der Speicherkapazität C_e mit dem Terminal der Stromquelle PS verbunden, die momentan positiv ist.
Der Betrieb der drei Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter stimmt mit dem auf den 9a–9f gezeigten Timing überein. Die 9a–9c zeigen den Betrieb während jedem positiven Halbzyklus der Wechselstromquellenspannung, während die
9d–9f den Betrieb während jedem negativen Halbzyklus zeigen. Die gezeigten Perioden T_H _F haben eine sehr hohen Periodenrate (z. B. 100 kHz) in Bezug auf die periodische Schaltrate (z. B. 60 Hz) der Brückenschalter. Jede Periode T_HF ist in drei aufeinanderfolgende Unterperioden unterteilt, während denen zwei der drei Hochfrequenzschalter immer geschlossen bleibt, um eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Lampe und die Stromquelle zu vermeiden. Insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel:

– schließen die Schalter S_HF1 und S_HF2 jeweils während de Unterperiode T₁₂;
– schließen die Schalter S_HF1 und S_HF3 jeweils während de Unterperiode T₁ ₃;
– schließen die Schalter S_HF2 und S_HF3 jeweils während de Unterperiode T₂₃;

In Bezug auf die 8 und 9a–9c ist insgesamt ersichtlich, dass während jedem positiven Halbzyklus der Quellenspannung v_ac, mit beiden Brückenschaltern S_BRp geschlossen, das Hochfrequenz-Schalterpaar in der Sequenz schließt:

–S_HF1 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität C_e in Serie mit der Stromquelle und der Lampe her;
– S_HF2 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität parallel mit der Stromquelle und der Lampe her;
–S_HF1 und S_HF2 schließen simultan und trennen damit die Speicherkapazität operativ von der Stromquelle und der Lampe.

Ähnlich ist in Bezug auf die 8 und 9d–9f zusammen ersichtlich, dass während jedem negativen Halbzyklus der Quellenspannung v_ac, mit beiden Brückenschaltern S_BRn geschlossen, das Hochfrequenz-Schalterpaar in der Sequenz schließt:

– S_HF2 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität C_e in Serie mit der Stromquelle und der Lampe her;
–S_HF1 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität parallel mit der Stromquelle und der Lampe her;
–S_HF1 und S_HF2 schließen simultan und trennen damit die Speicherkapazität operativ von der Stromquelle und der Lampe.

Die jeweilige Dauer der Unterperioden hängt vom Anschlusszustand der Speicherkapazität ab. Spezifisch:

– Wenn die Kapazität elektrisch und parallel mit der Stromquelle verbunden ist (während Unterperiode T₂₃ im positiven Halbzyklus und T₁₃ im negativen Halbzyklus), ist die Dauer dieser Unterperioden (D_parallel)T_HF, wobei D_parallel = ⎕v_ac⎕/v_ce. Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil der Perioden T_HF an die Stromquelle angeschlossen zu sein (und von ihr geladen zu werden), wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine große Größe in Bezug auf die Kapazitätsspannung v_ce hat.
– Wenn die Kapazität elektrisch und seriell mit der Entladungslampe verbunden ist (während Unterperiode T₁₃ im positiven Halbzyklus und T₂₃ im negativen Halbzyklus), ist die Dauer dieser Unterperioden (D_series)T_HF, wobei D_series = ⎕v_lamp – v_ac⎕/v_ce. Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil der Perioden T_HF in Serie an die Lampe angeschlossen zu sein, wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine kleinere Größe in Bezug auf die gewünschte Lampenbetriebsspannung v_lamp hat.
– Wenn die Kapazität operativ getrennt ist (während Unterperiode T₁₂, sowohl im positiven als auch im negativen Halbzyklus), ist die Dauer dieser Unterperioden (D_disconnect)T_HF, wobei D_disconnect – v_ce – ⎕v_lamp⎕/vce. Der getrennte Zustand ermöglicht die unabhängige Steuerung der Arbeitszyklenverhältnsse D_parallel und D_series. Man beachte, dass D_parallel + D_series + D_disconnect = 1

Eine der Beschränkungen der Vorschaltgeräte der 7 und 8 ist, dass die Stromquellenspannung kleiner als die Lampenspannung sein muss, ohne einige Änderungen vornehmen zu müssen. 10 zeigt eine mögliche Änderung des Vorschaltgeräts von 8, dazu fähig, eine Lampenspannung zu erzeugen, die nicht von der Stromquellenspannung begrenzt wird. Das Vorschaltgerät von 10 ist sowohl zum Aufwärtswandeln als auch zum Abwärtswandeln der Stromquellenspannung v_ac fähig. Dieses Vorschaltgerät ist identisch mit dem von 8, mit Ausnahme des Zusatzes von:

– einem Paar Aufwärtswandelschalter S_U für den elektrischen Anschluss der Speicherkapazität C_e und den Hochfrequenzschaltern in einem Aufwärtswandel-Modus während einem Teil jedes Halbzyklus der. Stromquellenspannung; und
– einem Paar Abwärtswandelschalter S_D für den elektrischen Anschluss der Speicherkapazität C_e und den Hochfrequenzschaltern in einem Abwärtswandel-Modus während einem anderen Teil jedes Halbzyklus der Stromquellenspannung; und Die 11a–11e zeigen den Betrieb während einem kompletten Zyklus der Stromquellenspannung der Aufwärts- und Abwärtswandelschalter S_U und S_D und der positiven und negativen Brückenschalter S_BRp und S_BRn. Man beachte, dass die Aufwärtswandelschalter S_U schließen, wenn die Wechselstromquelle v_ac kleiner ist als die gewünschte Betriebsspannung von Lampe v_lamP. Umgekehrt schließen die Abwärtswandelschalter S_D, wenn die Wechselstromquelle v_ac größer als die gewünschte Betriebsspannung von Lampe v_lamp ist.

Wenn die Aufwärtswandelschalter geschlossen sind, ist die Vorschaltkonfiguration identisch mit der von 8, und auch der Betrieb ist identisch mit dem für die Ausführungsform der 8 beschriebenen.
Wenn die Abwärtswandelschalter geschlossen sind, ändern sich die Vorschaltkonfiguration und der Betrieb in Bezug auf die Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter S_HF1, S_HF2 und S_HF ₃. Jetzt arbeiten die drei Hochfrequenzschalter, um die Kapazität C_e nacheinander auf jeden der drei verschiedenen Anschlusszustände zu bringen:

– elektrisch parallel mit der Lampe L (über den jeweiligen Filterinduktor L_f) angeschlossen;
– elektrisch seriell mit der Stromquelle PS (über den jeweiligen Filterinduktor L_f), aber in der umgekehrten Polaritätsrichtung angeschlossen, damit die Spannungen v_ac und v_ce gegeneinander arbeiten, um die der Lampe zugeführte Spannung (von v_ac) zu verringern;
– betrieblich unterbrochen.

Der Betrieb der drei Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter stimmt mit dem auf den 12a–12f gezeigten Timing überein. Die 12a–12c zeigen den Betrieb während jedem positiven Halbzyklus der Wechselstromquellenspannung, während die 12d–12f den Betrieb während jedem negativen Halbzyklus zeigen.
In Bezug auf die 10 und 12a–12c ist ersichtlich, dass während jedem positiven Halbzyklus der Quellenspannung v_ac, mit den Schaltern S_D und S_BRp geschlossen, das Hochfrequenz-Schalterpaar in der Sequenz schließt:

– S_HF2 und SHF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität C_e parallel mit der Lampe her;
–S_HF1 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität in Serie mit der Stromquelle und der Lampe her, mit den Polaritäten v_ac und v_ce entgegengesetzt;
–S_HF1 und S_HF2 schließen simultan und trennen damit die Speicherkapazität operativ von der Stromquelle und der Lampe.

Ähnlich ist in Bezug auf die 10 und 12d–12f zusammen ersichtlich, dass während jedem negativen Halbzyklus der Quellenspannung v_ac, mit den Schaltern S_D und S_BRBn geschlossen, das Hochfrequenz-Schalterpaar in der Sequenz schließt:

–S_HF1 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität C_e parallel mit der Lampe her;
–S_HF2 und S_HF3 schließen simultan und stellen damit eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherkapazität in Serie mit der Stromquelle und der Lampe her, mit den Polaritäten v_ac und v_ce entgegengesetzt;
–S_HF1 und S_HF2 schließen simultan und trennen damit die Speicherkapazität operativ von der Stromquelle und der Lampe. Spezifisch:
– Wenn die Kapazität elektrisch und parallel mit der Stromquelle verbunden ist (während Unterperiode T₂₃ im positiven Halbzyklus und T₁ ₃ im negativen Halbzyklus), ist die Dauer dieser Unterperioden (D_parallel)T_H _F, wobei D_parallel = ⎕v_l _amp/v_ec. Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil der Perioden T_H _F an die Stromquelle angeschlossen zu sein (und von ihr geladen zu werden), wenn die momentane Lampenspannung v_l _amp eine große Größe in Bezug auf die Kapazitätsspannung v_ce hat.
– Wenn die Kapazität elektrisch und seriell entgegengesetzt mit der Stromquelle verbunden ist (während Unterperiode T₁ ₃ im positiven Halbzyklus und T₂₃ im negativen Halbzyklus), ist die Dauer dieser Unterperioden (D_series)T_H _F, wobei D_series = ⎕v_ac – V_lamp⎕ / v_ce. Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil der Perioden T_H _F seriell entgegengesetzt an die Stromquelle angeschlossen zu sein, wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine größere Größe in Bezug auf die gewünschte Lampenbetriebsspannung hat.
– Wenn die Kapazität operativ getrennt ist (während Unterperiode T₁ ₂, sowohl im positiven als auch im negativen Halbzyklus), ist die Dauer dieser Unterperioden (D_disconnect)T_HF, wobei D_disconnect = (v_ce – ⎕v_ac⎕)/vce. Wie in der Ausführungsform von 0 10 ist D_parallel + D_series + D_disconnect = 1

13 zeigt ein Lampensystem in einer anderen Ausführungsform eines elektronischen Vorschaltgeräts, in dem nur eine einzige Ladungs-Speicherkapazität verwendet wird, um die in den 3a–3d gezeigten Spannungs- und Stromwellenformen zu erzeugen. Wie gezeigt enthält das Vorschaltgerät einen ersten Filterinduktor L_f in Serie mit einer Stromquelle PS, einen zweiten Filterinduktor L_f in Serie mit einer Entladungslampe L, die Ladungs-Speicherkapazität C_e, zwei Brückenschalter S_BRp, einen Brückenschalter S_BRp, einen Brückenschalter S_BRn, ein erstes Paar abwechselnd geschlossener Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter S_Hfa und S'_Hfa und ein erstes Paar abwechselnd geschlossener Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter S_Hfa und S'_Hfa. Die beiden Brückenschalter haben die Funktion, die Polarität abzuwechseln, mit der die Kapazität C_e in dem Vorschaltgerät während der positiven und negativen Halbzyklen der Stromquellenspannung v_ac verbunden ist. Die zwei Hochfrequenzschalter haben die Funktion, die Speicherkapazität C_e auf jeden der vier verschiedenen Anschlusszustände zu bringen, d. h. zum Schließen von S_Hfa und S_Hfb, zum Schließen von S_Hfa und S_HFb, zum Schließen von S_Hfa und S_Hfb und zum Schließen von S_Hfa und S'_HFb.
Der Betrieb der Brückenschalter entspricht dem in den 6a–6c gezeigten Timing. Besonders während jedem positiven Halbzyklus der Wechselstromquelle v_ac ist der Brückenschalter S_BRp geschlossen und dabei elektrisch über die positive Elektrode der Speicherkapazität C_e mit dem Terminal der Stromquelle PS verbunden, die momentan negativ ist. Umgekehrt ist während jedem negativen Halbzyklus der Wechselstromquelle v_ac der Brückenschalter S_BRn geschlossen und dabei elektrisch über die positive Elektrode der Speicherkapazität mit dem Terminal der Stromquelle PS verbunden, die nun momentan positiv ist.
Die beiden Paare der Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schalter arbeiten unabhängig voneinander. Alle arbeiten sie kontinuierlich sowohl während den positiven als auch den negativen Halbzyklen der Wechselstromquelle mit einer sehr hohen Rate (z. B. 100 kHz) relativ zur periodischen Schaltrate (z. B. 60 Hz) der Brückenschalter. Allerdings ist gleichzeitig immer nur einer der Schalter jedes Paares geschlossen.
Man beachte, dass das Vorschaltgerät von 13 entweder mit einem Aufwärtswandler (v_ac⎕ V_lamp) oder mit einem Abwärtswandler (v_ac ⎕ V_lamp) betrieben werden kann. Es werden beide Betriebsarten beschrieben: Aufwärtswandler-Modus Während jeder der Hochfrequenzperioden T_H _F (z. B. 10 – sek), die eintreten, wenn v_ac in einem positiven Halbzyklus ist:

– schließt Schalter S_HF _a für die Dauer (D_pa)T_H _F, und Schalter S'_HFa schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_pa)T_H _F, wobei D_Pa= –v_ac ⎕/v_ce, und
– schließt Schalter S_HFb, für die Dauer (D_pb)T_H _F, und Schalter S'_HFb schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_pb)T_H _F, wobei D_pb = –v_lamp⎕/v_ce.
Ähnlich während jeder der Hochfrequenzperioden T_H _F, die eintreten, wenn vac in einem negativen Halbzyklus ist:
– schließt Schalter S'_H _Fa für die Dauer (D_na)T_HF, und Schalter S_HFa schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_n _a)T_HF, wobei D_na= –v_ac/v_ce, und
– schließt Schalter S'_HFb, für die Dauer (D_nb)T_H _F, und Schalter S_HFb schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_nb)T_H _F, wobei D_nb= –v_lamp⎕/v_ce Es gibt drei wichtige Anschlusszustände der Speicherkapazität C_e:
– ein paralleler Zustand, wenn die Kapazität elektrisch parallel mit der Stromquelle PS (über den jeweiligen Filterinduktor L_f) angeschlossen ist;
– ein serieller Zustand, wenn die Kapazität elektrisch seriell mit der Entladungslampe L (über den jeweiligen Filterinduktor L_f) in derselben Polaritätsrichtung angeschlossen ist, damit sich die Spannungen v_ac und v_ce gegenseitig ergänzen;
– betrieblich unterbrochen.

Der parallele Zustand tritt nur ein, wenn:

– in positiven Halbzyklen S_Hfa geschlossen ist, d, h. für die Dauer (D_pa)T_H _F, wobei D_pa = –V_ac⎕/V_ce; und
– in negativen Halbzyklen S'_Hfa geschlossen ist, d. h. für die Dauer (D_na)T_HF, wobei D_na = –V_ac⎕/V_ce.

Somit neigt die Kapazität dazu, einen großen Teil sowohl der positiven als auch der negativen Halbzeitzyklen an die Stromquelle angeschlossen zu sein (und von ihr geladen zu werden), wenn die momentane Stromquellenspannung v_ac eine große Größe in Bezug auf die Kapazitätsspannung v_ce hat.
Der serielle Zustand tritt ein ein, wenn:

– in positiven Halbzyklen S'Hfa und S_Hfb simultan geschlossen sind, d. h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (1 – D_pa)T_HF (wobei D_pa= –v_ac⎕/v_ce) und (D_pb)T_HF (wobei D_pb = –V_lamp⎕/v_ce); und
– in negativen Halbzyklen S_Hfa und S'_Hfb simultan geschlossen sind, d. h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (1 – D_na)T_H _F (wobei D_na= –v_ac⎕/v_ce) und (D_nb)T_HF (wobei D_nb = V_lamp⎕/V_ce); Somit neigt die Kapazität dazu, einen goßen Teil sowohl der positiven als auch der negativen Halbzeitzyklen an die Lampe und die Stromquelle angeschlossen zu sein, wenn die Größe der momentanen Stromquellenspannung dazu neigt, klein in Bezug auf die Größe der Lampenspannung zu sein.

Der unterbrochene Zustand tritt nur ein wenn:

– in positiven Halbzyklen S'_Hfa und S'_Hfb simultan geschlossen sind, d, h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (1 – D_pa)T_HF (wobei D_pa= –v_ac⎕/v_ce) und (1-Dpb)T_HF (wobei D_pb = –v_lamp⎕/v_ce);
– in negativen Halbzyklen S_Hfa und S_Hfb simultan geschlossen sind, d. h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (1 – D_na)T_HF (wobei D_na = –v_ac⎕/v_ce) und (1-D_nb)T_HF (wobei D_nb = –V_lamp⎕/Vce).

Abwärtswandler-Modus
Während jeder der Hochfrequenzperioden T_HF (z. B. 10 – sek), die eintreten, wenn v_ac in einem positiven Halbzyklus ist:

– schließt Schalter S_HFa die Dauer (D_pa)T_HF, und Schalter S'_HFa schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_pa)T_HF, wobei D_pa= –v_ac⎕/v_ce, und
– schließt Schalter S'_H _Fb, für die Dauer (D_pb)T_HF, und Schalter S'_HFb, schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_pb)T_HF, wobei D_pb= –v_lamp⎕/v_ce.

Ähnlich während jeder der Hochfrequenzperioden T_HF, die eintreten, wenn v_ac in einem negativen Halbzyklus ist:

– schließt Schalter S'_HFa für die Dauer (D_na)T_HF, und Schalter S_HFa schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_na)T_HF, wobei D_na= –v_ac⎕/V_ce, und
– schließt Schalter S'_H _Fb für die Dauer (D_nb)T_HF, und Schalter S_HFb schließt für den Rest der jeweiligen Periode, d. h. die Dauer (1 – D_nb)T_HF, wobei D_nb= –v_lamp⎕/v_ce.

Es gibt drei wichtige Anschlusszustände der Speicherkapazität C_e:

– ein paralleler Zustand, wenn die Kapazität elektrisch parallel mit der Lampe (über den jeweiligen Filterinduktor L_f) angeschlossen ist;
– ein serieller Zustand, wenn die Kapazität elektrisch seriell mit der Stromquelle (über den jeweiligen Filterinduktor L_f), aber in entgegengesetzter Polaritätsrichtung angeschlossen ist, damit die Spannungen v_ac und v_ce gegeneinander arbeiten, um die der Lampe zugeführte Spannung (von v_ac) zu verringern;
– betrieblich unterbrochen.

Der parallele Zustand tritt nur ein, wenn:

– in positiven Halbzyklen S_Hfb geschlossen ist, d. h. für die Dauer (D_p _b)T_HF, wobei D_pb = –v_ac/V_ce; Und
– in negativen Halbzyklen S'_Hfb geschlossen ist, d. h. wiederum für die Dauer (D_nb)T_HF, wobei D_nb= –V_ac⎕/V_ce.

Somit ist die Kapazität in Unterperioden, die proportional zur Lampenspannung sind, parallel mit der Lampe verbunden.
Der serielle Zustand tritt nur ein, wenn:

– in positiven Halbzyklen S_Hfa und S'_Hfb simultan geschlossen sind, d. h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (D_pa)T_HF (wobei D_pa=–v_ac⎕/v_ce) und (1-Dpb)T_HF (wobei D_pb = –V_lamp⎕/V_ce); und
– in negativen Halbzyklen S'_Hfa und S_H _fb simultan geschlossen sind, d, h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (D_na)T_HF (wobei D_na= –v_ac⎕/v_ce) und (1-D_nb)T_HF (wobei D_nb = –V_lamp⎕/V_ce); Somit neigt die Kapazität dazu, seriell mit der Lampe und der Stromquelle verbunden zu sein, wenn die Größe der momentanen Stromquellenspannung dazu neigt, groß in Bezug auf die Größe der Lampenspannung zu sein.

Der unterbrochene Zustand tritt nur ein wenn:

– in positiven Halbzyklen S'_Hfa und S'_Hfa, simultan geschlossen sind, d, h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (1 – D_pa)T_HF (wobei D_pa= –v_ac⎕/v_ce) und (1-D_pb)T_HF (wobei D_pb = –V_lamp⎕/V_ce);
– in negativen Halbzyklen S_Hfa und S_Hfb simultan geschlossen sind, d. h. für überlappende Unterperioden mit den Dauern (1 – D_na)T_HF (wobei D_na= –v_ac⎕/v_ce) und (1-D_nb)T_HF (wobei D_nb = –V_lamp⎕/v_ce).

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät zur Umwandlung von Wechselspannung und -strom in vorbestimmte Wellenform und Frequenz, von einer Stromquelle als Wechsel-Rechteckspannung und -strom besagter Frequenz zur Versorgung einer Entladungslampe geliefert, wobei das besagte Vorschaltgerät enthält: a. mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung (Ce); b. eine Brückenschaltvorrichtung (S_BR) und Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtung (S_HF), um zusammen abwechselnd: i. mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung parallel mit der Stromquelle elektrisch zu verbinden; ii. mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung in Serie mit der Stromquelle und der Entladungslampe elektrisch zu verbinden; und iii. den Durchschnittsstrom zu regeln, der an die und von der mindestens einen kapazitiven Speichervorrichtung geleitet wird, um die Erzeugung von Rechteckspannung und -strom wie besagt zu bewirken,
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, in dem die mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung erste und zweite kapazitive Speichervorrichtungen enthält und die besagte Brückenschaitvorrichtung abwechselnd: a. die erste kapazitive Speichervorrichtung parallel mit der Stromquelle elektrisch zu verbinden, während die zweite kapazitive Speichervorrichtung in Serie mit der Entladungslampe verbunden wird; und b. die zweite kapazitive Speichervorrichtung parallel mit der Stromquelle elektrisch zu verbinden, während die erste kapazitive Speichervorrichtung in Serie mit der Entladungslampe verbunden wird, und die besagte Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtung eine reine Energieabgabe an jedes der kapazitiven Speichervorrichtungen vornimmt, wenn die besagten Speichervorrichtungen elektrisch parallel mit der Stromquelle verbunden sind, und eine reine Energieabgabe von jedem der kapazitiven Speichervorrichtungen vornimmt, wenn die besagten Speichervorrichtungen elektrisch in Serie mit der Entladungslampe verbunden sind.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, in dem die mindestens eine kapazitive Speichervorrichtung eine einzige kapazitive Speichervorrichtung enthält, die die besagte Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtung abwechselnd parallel mit der Stromquelle und in Serie mit der Entladungslampe elektrisch zu verbinden.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, in dem ein der Entladungslampe zugeführter Rechteckstrom synchron mit dem von der Stromquelle kommenden Wechselstrom ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2, in dem die Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtungen Hochfrequenz-Schaltvorrichtungen enthält um: a. während der elektrischen Verbindung über die Brückenschaltvorrichtung entweder der ersten oder zweiten kapazitiven Speichervorrichtungen parallel mit der Stromquelle abwechselnd einen Stromweg zwischen den besagten Speichervorrichtungen und der Stromquelle herzustellen und zu unterbrechen, wobei der besagte Stromweg über einen Arbeitszyklus hergestellt wird, der von der momentanen Größe der Stromquellenspannung abhängt; und b. während der elektrischen Verbindung über die Brückenschaltvorrichtung entweder der ersten oder zweiten kapazitiven Speichervorrichtungen in Serie mit der Stromquelle abwechselnd einen Stromweg zwischen den besagten Speichervorrichtungen und der Entladungslampe herzustellen und zu unterbrechen, wobei der besagte Stromweg über einen Arbeitszyklus hergestellt wird, der von der momentanen Größe der Differenz zwischen der Entladungslampenspannung und der Stromquellenspannung abhängt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 3, in dem a. die besagten Brückenschaltvorrichtungen (S_BR) Schaltvorrichtungen (S_BR) enthalten, um abwechselnd die Polarität umzukehren, mit der die kapazitiven Speichervorrichtungen elektrisch im Vorschaltgerät angeschlossen werden, und b. die besagten Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtungen (S_HF) Schaltvorrichtungen (S_HF) enthalten, um mit einer hohen Frequenz in Bezug auf die Brückenschaltvorrichtungen zu arbeiten, um die kapazitiven Speichervorrichtungen wiederholt elektrisch anzuschließen in: i. einem ersten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervorrichtungen parallel an die Stromquelle angeschlossen werden; und ii. einem zweiten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervorrichtungen in Serie an die Stromquelle und die Entladungslampe angeschlossen werden.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2 mit Auf-Ab-Wandel-Vorrichtungen (Su, Sd; S_HFA, S_HFB, S_HFA, S_HFB), um das Vorschaltgerät abwechselnd in einen Aufwärtswandler-Modus oder einen Abwärtswandler-Modus zu schalten, wobei die besagten Auf-Ab-Wandel-Vorrichtungen: 1. wenn die ersten kapazitiven Vorrichtungen in Serie mit der Entladungslampe sind, die Polarität der Spannung der ersten kapazitiven Vorrichtungen gleich der Polarität der Stromquelle im Aufwärtswandler-Modus und umgekehrt gleich der Polarität der Stromquelle im Abwärtswandler-Modus machen; und 2. wenn die zweiten kapazitiven Vorrichtungen in Serie mit der Entladungslampe sind, die Polarität der Spannung der zweiten kapazitiven Vorrichtungen gleich der Polarität der Stromquelle im Aufwärtswandler-Modus und umgekehrt gleich der Polarität der Stromquelle im Abwärtswandler-Modus machen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 3 mit Auf-Ab-Wandel-Vorrichtungen (Su, Sd; S_HFA, S_HFB, S_HFA', S_HFB'), um das Vorschaltgerät abwechselnd in einen Aufwärtswandler-Modus oder einen Abwärtswandler-Modus zu schalten, wobei die besagten Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtungen: i. wenn in einem Aufwärtswandler-Modus, der mit einer hohen Frequenz in Bezug auf die Brückenschaltvorrichtungen arbeitet, um die kapazitiven Speichervomchtungen wiederholt elektrisch anzuschließen in: (1) einem ersten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervorrichtungen parallel an die Stromquelle elektrisch angeschlossen werden; und (2) einem zweiten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervorrichtungen in Serie an die Stromquelle und die Entladungslampe elektrisch angeschlossen werden, mit den Polaritäten der Stromquellenspannung und der der kapazitiven Speichervorrichtungsspannung in selber Richtung; ii. wenn in einem Abwärtswandler-Modus, der mit einer hohen Frequenz in Bezug auf die Brückenschaltvorrichtungen arbeitet, um die kapazitiven Speichervorrichtungen wiederholt elektrisch anzuschließen in: (1) einem dritten Zustand, in dem die besagten kapazitiven Speichervorrichtungen parallel an die Stromquelle und die Entladungslampe elektrisch angeschlossen werden; und (2) einem vierten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervorrichtungen in Serie an die Stromquelle und die Entladungslampe elektrisch angeschlossen werden, mit den Polaritäten der Stromquellenspannung und der der kapazitiven Speichervorrichtungsspannung in entgegengesetzter Richtung;
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 3, in dem die Hochfrequenz-Arbeitszyklus-Schaltvorrichtungen arbeiten, um die kapazitiven Speichervorrichtungen wiederholt elektrisch anzuschließen im ersten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervorrichtungen parallel zur Stromquelle sind, im zweiten Zustand, in dem die kapazitiven Speichervomchtungen in Serie zur Stromquelle und Entladungslampe sind und in einem dritten Zustand, in dem die kapazitive Speichervorrichtung operativ von der Stromquelle und der Entladungslampe getrennt sind.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 9, in dem die Arbeitszyklus-Schaltvorrichtungen die kapazitiven Speichervorrichtungen wiederholt im ersten, zweiten und dritten Zustand elektrisch anzuschließen für die Arbeitszyklen D_parallel, D_se _ri _es und Ddisconnect, wobei D_parallel + D_series + D_disconnect = 1
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 mit einem ersten Induktor (Lf) für die Filterung eines Stromflusses von der Stromquelle zu den kapazitiven Speichervorrichtungen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 11 mit einem zweiten Filterinduktor (Lf) für die Filterung eines Stromflusses von den kapazitiven Speichervorrichtungen durch die Lampe.