EP0422255A1 - Elektronisches Vorschaltgerät - Google Patents

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EP0422255A1
EP0422255A1 EP89118713A EP89118713A EP0422255A1 EP 0422255 A1 EP0422255 A1 EP 0422255A1 EP 89118713 A EP89118713 A EP 89118713A EP 89118713 A EP89118713 A EP 89118713A EP 0422255 A1 EP0422255 A1 EP 0422255A1
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EP
European Patent Office
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voltage
lamp
fluorescent lamp
hmg
electronic ballast
Prior art date
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EP89118713A
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English (en)
French (fr)
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EP0422255B1 (de
Inventor
Jürgen Klier
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE89118713T priority patent/DE58907133D1/de
Priority to ES89118713T priority patent/ES2049790T3/es
Priority to AT89118713T priority patent/ATE102430T1/de
Priority to US07/592,125 priority patent/US5066894A/en
Priority to JP2269688A priority patent/JPH07101638B2/ja
Publication of EP0422255A1 publication Critical patent/EP0422255A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0422255B1 publication Critical patent/EP0422255B1/de
Priority to HK123395A priority patent/HK123395A/xx
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3925—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by frequency variation

Definitions

  • the invention relates to an electronic ballast with an inverter in the form of a switch bridge, on the output side of which at least one load circuit consisting of the series connection of a lamp inductor with the parallel connection of an ignition capacitor and a fluorescent lamp is connected, in which a controller acting on the control of the switches of the inverter is connected It is provided which, depending on the lamp power or the lamp current, stabilizes the luminous flux of the fluorescent lamp by means of a comparison between a reference variable (target value) and a measured variable (actual value) derived from the lamp power or the lamp current and, at the same time, regulates the brightness depending on the size of the target value which can be set the fluorescent lamp within wide limits.
  • a reference variable target value
  • actual value measured variable
  • Electronic ballasts of this type are known for example from the literature DE 3709004 A1. If such an electronic ballast is used for dimming a fluorescent lamp within wide limits, particular difficulties arise when the positions are ⁇ 10% of the nominal luminous flux.
  • the fluorescent lamps have large tolerances with regard to their electrical properties, are sensitive to changes in temperature and are subject to signs of aging. There is therefore a risk that when the fluorescent lamp is dimmed to low values by tearing off the discharge, the fluorescent lamp goes out.
  • the controller regulates the brightness of the fluorescent lamp via its discharge current.
  • this principle fails at positions ⁇ 10% of the nominal luminous flux, since the differential current transformer required for this would have to be completely free of stray fields. In the 1% dimming position, a leakage flux of the residual current transformer of only 1% of the main flow would falsify the measurement result by approx. 100%.
  • the regulation can also take place via the lamp power, as is shown, for example, by the literature reference DT 2544364 A1.
  • this has the disadvantage that only the sum of lamp power and filament heating power can be regulated.
  • the filament heating capacity depends heavily on the filament resistance with tolerance.
  • this type of control can only be used to a limited extent with dimming settings ⁇ 10% of the nominal light output. For example, in a dimming position of 1% of the nominal light output, the lamp output to be regulated for conventional fluorescent lamps is approximately 0.5 W, but the heating output is approximately 4 W. Satisfactory synchronism between several fluorescent lamps cannot be guaranteed in this way at positions ⁇ 10%.
  • the invention has for its object to provide a dimmable electronic ballast regardless of whether a discharge current or a power control of the fluorescent lamp is used to provide a solution that, with little additional effort, a safe dimming even at dimming positions below 10% of the nominal luminous flux allows down to less than 1%.
  • the invention is based on the finding that when the fluorescent lamp is dimmed, the discharge current mainly changes, while the operating voltage - at least in terms of magnitude - remains the same. This means that the voltage-current ratio, that is, the resistance of the discharge gap as the brightness of the fluorescent lamp diminishes, increases and finally tends towards infinity if the discharge breaks off.
  • a fluorescent lamp can therefore still be operated safely at 1% of its nominal luminous flux if the discharge resistance is also monitored and the control variable derived from this in the sense of a correction of the control variable for the controller in the lower range the brightness control is used.
  • ballast can recognize whether the lamp is on without the need for optoelectronic devices or a residual current transformer for lamp current detection. This can be used, for example, in the case of electronic ballasts intended for warm starts to control the preheating phase of the fluorescent lamp, since premature ignition of the fluorescent lamp can be recognized and immediately switched from preheating to operation.
  • the block diagram of a dimmable electronic ballast essentially consists of the inverter WR, which is connected on the output side to the load circuit.
  • the load circuit consists of the series connection of the lamp inductor L1 with the fluorescent lamp LL, which is the ignition capacitor C2 in parallel.
  • the inverter WR uses a half-bridge circuit comprising the two switches T1, T2, which are connected in series and represent power transistors, and the half-bridge capacitor C1, to which the discharge resistor R1 is connected in parallel.
  • the common connection point of half-bridge capacitor C1, discharge resistor R1 and the upper electrode of the fluorescent lamp LL is denoted by A and the connection point of the lower electrode to the lamp inductor L1 by B.
  • the switches T1 and T2 of the half-bridge circuit are controlled by the oscillator O, which in turn is connected to the output of the controller RR via its control input.
  • the control input of the controller RR is preceded by a summer SR having comparator properties, the three inputs of which are supplied with the setpoint SW, the actual value IW and the auxiliary control variable HMG.
  • the correct addition of the actual value IW, the setpoint SW and the auxiliary control variable HMG result in the control deviation RAW, which is fed from the output of the summer SR to the control input of the controller RR.
  • the target value SW, the actual value IW and the auxiliary control variable HMG are DC voltages, which together result in the control deviation RAW, which also represents a DC voltage.
  • the power supply for the inverter WR is usually carried out in the form of a DC voltage, which is obtained from the AC mains voltage and is indicated in FIG. 1 as DC link voltage Uzw.
  • This DC link voltage is due to the series connection of the two switches T1 and T2.
  • the half-bridge capacitor C1 and the discharge resistor R1 are in turn connected to the positive pole of the DC link voltage Uzw.
  • the auxiliary control variable HMG is taken from the resistors R2 and R3 at the tap of a voltage divider R2 / R3, which in turn is connected from the connection point A to the negative pole of the DC link voltage Uzw.
  • the setpoint value SW representing a reference voltage is usually generated by a DC voltage which can be adjusted in size and which is not shown in FIG. 1 and the other figures.
  • the actual value IW which also represents a direct voltage, is either proportional to the discharge current flowing through the fluorescent lamp LL or else to the lamp power. It can be obtained in a known manner via a differential current transformer or via a current-voltage measurement in the area of the load circuit. The circuitry representation of such an actual value detection is also not omitted in FIG. 1, as in the other figures.
  • half the DC link voltage Uzw is set at the connection point B when the fluorescent lamp LL is lit, superimposed by the alternating voltage of the fluorescent lamp LL.
  • the half-bridge capacitor C1 and the discharge resistor R1 lying parallel to it are usually so large that half the DC link voltage Uzw also occurs at the nominal luminous flux of the fluorescent lamp at the connection point A.
  • the discharge resistor R1 is substantially larger than the discharge resistor of the fluorescent lamp, so that the discharge of the half-bridge capacitor C1 caused by the discharge resistor R1 can be practically neglected.
  • the high-frequency lamp current causes only a small voltage drop across the half-bridge capacitor C1.
  • the discharge resistance of the fluorescent lamp LL becomes so great that the discharge resistor R1 can partially discharge the half-bridge capacitor C1.
  • the potential at the connection point A increases and the auxiliary control variable HMG divided down via the voltage divider R2 / R3 at the tap of this voltage divider changes in a positive direction.
  • the auxiliary control variable HMG thus counteracts a further reduction in the lamp power and prevents the unwanted tearing of the discharge beyond the controller RR.
  • the change in the auxiliary control variable HMG described has a noticeable effect only in the immediate vicinity of the lower limit of the brightness control range of the fluorescent lamp LL, because only in this range does the potential at the connection point A increase significantly.
  • This type of derivation of the auxiliary control variable HMG from the size of the discharge resistance of the fluorescent lamp LL by means of a DC voltage measurement presupposes that no rectifier effects per se occur in the fluorescent lamp.
  • Such a rectifier effect can occur, for example, if there are large differences in the emissivity of the electrodes of the fluorescent lamp LL. If the dependence of the DC voltage measurement and thus the generation of the auxiliary control variable HMG on such a rectifier effect should be excluded, then the auxiliary control variable HMG can also be derived from an AC voltage.
  • a corresponding exemplary embodiment is shown in FIG. 2.
  • the auxiliary control variable HMG is advantageously derived by superimposing a low-frequency AC voltage, which is tapped at the fluorescent lamp LL.
  • the fluorescent lamp LL is additionally connected to the mains AC voltage Un via coupling elements KE1, for example in the form of coupling resistors Rk.
  • the low-frequency burning AC voltage thus occurring on the fluorescent lamp LL is then fed via further coupling elements KE2, which block the high-frequency component of the burning AC voltage and also the DC component, to the rectifier GL, which is followed by a filter element SG for smoothing the rectified low-frequency component of the AC burning voltage.
  • the voltage divider R2 / R3, which is already known from FIG. 1, is connected in parallel with the output of the filter element SG, and the auxiliary control variable HMG is present at its tap.
  • the coupling elements KE2 expediently consist of the series connection of a filter choke Ls and a filter capacitor Cs.
  • a threshold for example in the form of an additional threshold, can be added to the connection path of the tap of the voltage divider R2 / R3 to the summer SR, as shown in FIG. 3 a Zener diode D1. Only when the auxiliary control variable HMG at the tap of the voltage divider R2 / R3 with a dimming setting of, for example, one or two percent of the nominal luminous flux has become so large that the zener diode becomes low-resistance does the additional regulation prevent the discharge from breaking off. The behavior of the controller in the Brightness control range above this threshold is then not influenced in the desired manner by this additional control.
  • the Zener diode D1 is entered in the circuit diagram according to FIG. 3.
  • the circuit according to FIG. 3 represents a further development of the circuit according to FIG. 1.
  • the circuit according to FIG. 3 differs from the circuit according to FIG. 1 the additional circuit ZS.
  • a further auxiliary controlled variable HMG1 is generated via this additional circuit ZS, which is superimposed on the auxiliary controlled variable HMG with the same effect. As a result, the control speed of the additional control is significantly increased.
  • the change in the discharge resistance during a dimming process of the fluorescent lamp in the direction of decreasing brightness results in a relatively slow change in the potential at the connection point A, because the large circuit dictates the large time constant of the half-bridge capacitor C1 and the discharge resistor R1. If the dimensions are unfavorable, control vibrations can occur. However, the dynamic behavior of the controller can be significantly improved by the additional circuit ZS because the influence of this large time constant can be reduced. If the lamp power is greatly reduced to values below 10% of the nominal power, the burning voltage of the fluorescent lamp decreases with the lamp power.
  • the additional circuit ZS takes advantage of this by generating a DC voltage from the AC combustion voltage which is proportional to the AC combustion voltage and is superimposed on the auxiliary control variable HMG with the correct sign in the sense of the desired regulation as a further auxiliary control variable HMG1.
  • FIG. 4 A preferred embodiment of the additional circuit ZS according to FIG. 3 is shown in FIG. 4. It consists between the connection point B and the negative pole of the DC link voltage Uzw from the series connection of the capacitor C3 with the voltage divider R4 / R5 from the resistors R4 and R5.
  • the divided portion of the AC combustion voltage across resistor R5 is now rectified via diode D2 and the rectified AC combustion voltage is fed to the parallel circuit comprising capacitor C4 and resistor R6.
  • the change in the rectified AC combustion voltage at capacitor C4 is then fed via capacitor C5 to resistor R3 of voltage divider R2 / R3 as a further auxiliary control variable HMG1.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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Abstract

Bei elektronischen Vorschaltgeräten mit Wechselrichtern für Leuchtstofflampen wird üblicherweise von einer Regelung des Lampenstromes oder der Lampenleistung Gebrauch gemacht, um unabhängig von Toleranzen der elektrischen Eigenschaften der Leuchtstofflampen oder deren Alterserscheinungen den Lichtstrom zu stabilisieren. Wird eine solche Regelung gleichzeitig zum Dimmen der Leuchtstofflampe ausgenutzt, so ergeben sich Schwierigkeiten an der untere Grenze des Dimmbereichs bei beispielsweise 1 % der Nennlichtleistung. Es wird vorgeschlagen, den Helligkeitsregelbereich an der unteren Grenze durch zusätzliche Regelung in Abhängigkeit des Entladewiderstands der Leuchtstofflampe (LL) vorzunehmen. Dabei wird die hieraus resultierende Hilfsmeßgröße (HMG) der aus dem Soll-Istwertvergleich der Strom- oder Leistungsregelung resultierenden Reglersteuergröße (RSG) im Sinne einer Stabilisierung des Lampenstromes überlagert.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltge­rät mit einem Wechselrichter in Schalterbrückenausführung, dem ausgangsseitig wenigstens ein Lastkreis, bestehend aus der Rei­henschaltung einer Lampendrossel mit der Parallelschaltung aus einem Zündkondensator und einer Leuchtstofflampe angeschaltet ist, bei dem ein auf die Steuerung der Schalter des Wechsel­richters einwirkender Regler vorgesehen ist, der in Abhängig­keit der Lampenleistung oder des Lampenstromes mittels eines Vergleiches zwischen einer Bezugsgröße (Sollwert) und einer von der Lampenleistung oder dem Lampenstrom abgeleiteten Meßgröße (Istwert) den Lichtstrom der Leuchtstofflampe stabilisiert und zugleich in Abhängigkeit des in seiner Größe einstellbaren Sollwertes eine Helligkeitsregelung der Leuchtstofflampe in weiten Grenzen ermöglicht.
    • Zugrunde liegender Stand der Technik
  • Elektronische Vorschaltgeräte dieser Art sind beispielsweise durch die Literaturstelle DE 3709004 A1 bekannt. Soll ein sol­ches elektronisches Vorschaltgerät zum Dimmen einer Leucht­stofflampe in weiten Grenzen verwendet werden, so ergeben sich besondere Schwierigkeiten bei den Stellungen < 10 % des Nenn­lichtstroms. Die Leuchtstofflampen haben hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften große Toleranzen, reagieren empfind­lich auf Temperaturänderungen und unterliegen Alterungserschei­nungen. Es besteht deshalb die Gefahr, daß beim Dimmen der Leuchtstofflampe zu niedrigen Werten hin durch Abreißen der Entladung die Leuchtstofflampe erlischt.
  • Bei der angegebenen Literaturstelle regelt der Regler die Hel­ligkeit der Leuchtstofflampe über ihren Entladungsstrom. Dieses Prinzip versagt jedoch bei den Stellungen <10 % des Nennlicht­stromes, da der hierfür notwendige Differenzstromtransformator völlig streufeldfrei sein müßte. In der Dimmstellung 1 % würde ein Streufluß des Differenzstromtransformators von nur 1 % des Hauptflusses das Meßergebnis um ca. 100 % verfälschen.
  • An Stelle einer Regelung des Entladungsstroms der Leuchtstoff­lampe kann auch, wie beispielsweise die Literaturstelle DT 2544364 A1 ausweist, die Regelung über die Lampenleistung erfolgen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß nur die Summe aus Lampenleistung und Wendelheizleistung geregelt werden kann. Die Wendelheizleistung hängt stark vom toleranzbehafteten Wendel­widerstand ab. Dadurch ist auch diese Art der Regelung bei Dimmstellungen <10 % der Nennlichtleistung nur bedingt ein­setzbar. Beispielsweise in einer Dimmstellung von 1 % der Nennlichtleistung beträgt die zu regelnde Lampenleistung übli­cher Leuchtstofflampen etwa 0,5 W, die Heizleistung aber etwa 4 W. Ein befriedigender Gleichlauf zwischen mehreren Leucht­stofflampen ist damit bei dem Stellungen < 10 % auf diese Weise nicht gewährleistbar.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem dimmfähi­gen elektronischen Vorschaltgerät unabhängig davon, ob von einer Entladungsstrom- oder einer Leistungsregelung der Leucht­stofflampe Gebrauch gemacht wird, eine Lösung anzugeben, die bei geringem Mehraufwand ein sicheres Dimmen auch bei Dimmstel­lungen unterhalb von 10 % des Nennlichtstromes bis herab zu weniger als 1 % ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentan­spruch 1 abgegebenen Merkmale gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich beim Dimmen einer Leuchtstofflampe hauptsächlich der Entladungsstrom ändert, während die Brennspannung - zumindest von der Größen­ordnung her - gleich bleibt. Das bedeutet, daß das Spannungs-­Strom-Verhältnis, also der Widerstand der Entladungsstrecke bei abnehmender Helligkeit der Leuchtstofflampe immer größer wird und schließlich gegen unendlich strebt, wenn die Entladung ab­reißt.
  • Unabhängig davon, von welcher Regelung der Leuchtstofflampe Gebrauch gemacht wird, läßt sich somit eine Leuchtstofflampe auch noch sicher bei 1 % ihres Nennlichtstroms betreiben, wenn zusätzlich der Entladungswiderstand überwacht wird und die hiervon abgeleitete Regelgröße im Sinne einer Korrektur der Steuergröße für den Regler im unteren Bereich der Helligkeits­regelung herangezogen wird.
  • Diese zusätzliche Regelung in Abhängigkeit des Entladungswider­standes der Leuchtstofflampe hat darüber hinaus beachtliche Vorteile. Wie sich zeigt, haben Argonlampen und Kryptonlampen gleicher Länge, die sonst unterschiedliche elektrische Eigen­schaften aufweisen, bei Dimmstellungen um 1 % des Nennlicht­stromes etwa den gleichen Entladungswiderstand. Eine Anpassung dieser speziellen Regelung in Abhängigkeit vom Lampentyp ist also nicht erforderlich.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Regelung in Abhängigkeit des Ent­ladungswiderstandes besteht darin, daß das Vorschaltgerät erkennen kann, ob die Lampe brennt, ohne hierfür optoelektroni­sche Einrichtungen oder einen Differenzstromtransformator zur Lampenstromerfassung zu benötigen. Dies läßt sich beispiels­weise bei für Warmstart vorgesehene elektronsiche Vorschaltge­räte zur Steuerung der Vorheizphase der Leuchtstofflampe nut­zen, da ein vorzeitiges Zünden der Leuchtstofflampe erkannt und sofort von Vorheizen auf Betrieb umgeschaltet werden kann.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Patent­anspruch 1 sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 10 ange geben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Er­findung dienenden Figuren
    • Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines in weiten Grenzen dimmfähigen elektronsichen Vorschaltgerätes, bei der die vom Entladungswiderstand der Leuchtstofflampe abhängige Hilfsregelgröße vom Potential einer Lampenelektrode gewonnen ist,
    • Fig. 2 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein in weiten Grenzen dimmfähiges elektronisches Vorschaltge­rät, dem die vom Entladungswiderstand der Leuchtstoff­lampe abhängige Hilfsregelgröße aus einem niederfrequen­ten Anteil der Brennwechselspannung der Leuchtstofflampe gewonnen ist,
    • Fig. 3 eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 1,
    • Fig. 4 eine Ausführungsform der in der Schaltung nach Fig. 3 verwendeten Zusatzschaltung.
    Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Das teilweise in Blockschaltform dargestellte Blockschaltbild eines dimmfähigen elektronischen Vorschaltgerätes besteht im wesentlichen aus dem Wechselrichter WR, der ausgangsseitig mit dem Lastkreis verbunden ist. Der Lastkreis besteht dabei aus der Reihenschaltung der Lampendrossel L1 mit der Leuchtstoff­lampe LL, der der Zündkondensator C2 parallel liegt. Der Wech­selrichter WR verwendet eine Halbbrückenschaltung aus den beiden in Reihe geschalteten, Leistungstransistoren darstellen­den Schaltern T1, T2 und dem Halbbrückenkondensator C1, dem der Entladewiderstand R1 parallel geschaltet ist.
  • Der gemeinsame Verbindungspunkt von Halbbrückenkondensator C1, Entladewiderstand R1 und der oberen Elektrode der Leuchtstoff­lampe LL ist mit A und der Verbindungspunkt der unteren Elek­trode mit der Lampendrossel L1 mit B bezeichnet. Die Schalter T1 und T2 der Halbbrückenschaltung werden vom Oszillator O angesteuert, der seinerseits über seinen Steuereingang mit dem Ausgang des Reglers RR verbunden ist.
  • Dem Steuereingang des Reglers RR ist ein Vergleichereigenschaf­ten aufweisender Summierer SR vorgeordnet, dessen drei Eingän­gen der Sollwert SW, der Istwert IW und die Hilfsregelgröße HMG zugeführt sind. Die vorzeichenrichtige Addition des Istwertes IW, des Sollwertes SW und der Hilfsregelgröße HMG ergeben die Regelabweichung RAW, die vom Ausgang des Summierers SR dem Steuereingang des Reglers RR zugeführt wird. Beim Ausführungs­beispiel nach Fig. 1 sind der Sollwert SW, der Istwert IW sowie die Hilfsregelgröße HMG Gleichspannungen, die gemeinsam die ebenfalls eine Gleichspannung darstellende Regelabweichung RAW ergeben.
  • Die Stromversorgung für den Wechselrichter WR erfolgt üblicher­weise in Form einer Gleichspannung, die aus der Netzwechsel­spannung gewonnen und in Fig. 1 als Zwischenkreisgleichspannung Uzw angegeben ist. Diese Zwischenkreisgleichspannung liegt an der Reihenschaltung der beiden Schalter T1 und T2. Der Halb­brückenkondensator C1 und der Entladewiderstand R1 sind ihrer­seits an den positiven Pol der Zwischenkreisgleichspannung Uzw angeschaltet. Die Hilfsregelgröße HMG wird am Abgriff eines Spannungsteilers R2/R3 aus den Widerständen R2 und R3 abgenom­men, der seinerseits vom Verbindungspunkt A gegen den negativen Pol der Zwischenkreisgleichspannung Uzw geschaltet ist.
  • Der eine Bezugsspannung darstellende Sollwert SW ist üblicher­weise von einer in ihrer Größe einstellbaren Gleichspannung erzeugt, die in Fig. 1 und den übrigen Figuren nicht darge­stellt ist. Der ebenfalls eine Gleichspannung darstellende Istwert IW ist entweder dem durch die Leuchtstofflampe LL flie­ßenden Entladestrom oder aber der Lampenleistung proportional. Er kann in bekannter Weise über einen Differenzstromtransfor­mator bzw. über eine Strom-Spannungsmessung im Bereich des Lastkreises gewonnen werden. Auf die schaltungstechnische Dar­stellung einer solchen Istwerterkennung ist in Fig. 1 wie auch in den übrigen Figuren ebenfalls nicht verzichtet.
  • Bei der üblicherweise symmetrischen Ansteuerung der Schalter T1 und T2 der Halbbrücke stellt sich am Verbindungspunkt B bei brennender Leuchtstofflampe LL die halbe Zwischenkreisgleich­spannung Uzw, überlagert durch die Brennwechselspannung der Leuchtstofflampe LL ein. Üblicherweise sind der Halbbrückenkon­densator C1 sowie der ihm parallel liegende Entladewiderstand R1 so groß, daß sich beim Nennlichtstrom der Leuchtstofflampe am Verbindungspunkt A ebenfalls die halbe Zwischenkreisgleich­spannung Uzw einstellt. Mit anderen Worten ist in dieser Be­triebssituation der Entladewiderstand R1 wesentlich größer als der Entladewiderstand der Leuchtstofflampe, so daß die durch den Entladewiderstand R1 bewirkte Entladung des Halbbrückenkon­densators C1 praktisch vernachlässigt werden kann. Der hoch­frequente Lampenstrom bewirkt nur einen geringen Spannungsab­fall am Halbbrückenkondensator C1.
  • Wird nun die Leuchtstofflampe ausgehend vom Nennlichtstrom zu abnehmender Helligkeit hin gedimmt, und zwar bis zu dem Punkt, bei dem die Entladung abzureißen droht, dann wird der Entla­dungswiderstand der Leuchtstofflampe LL derart groß, daß der Entladewiderstand R1 den Halbbrückenkondensator C1 teilweise entladen kann. Dadurch steigt aber das Potential am Verbin­dungspunkt A und die über den Spannungsteiler R2/R3 herunter­geteilte Hilfsregelgröße HMG am Abgriff dieses Spannungsteilers ändert sich in positiver Richtung. Somit wirkt die Hilfsregel­größe HMG einem weiteren Absenken der Lampenleistung entgegen und verhindert über den Regler RR hinweg das unerwünschte Ab­reißen der Entladung. Die beschriebene Änderung der Hilfregel­größe HMG wirkt sich nennenswert erst in unmittelbarer Nähe der unteren Grenze des Helligkeitsregelbereichs der Leuchtstoff­lampe LL aus, weil erst in diesem Bereich das Potential am Verbindungspunkt A nennenswert ansteigt.
  • Diese Art der Ableitung der Hilfsregelgröße HMG von der Größe des Entladungswiderstandes der Leuchtstofflampe LL durch eine Gleichspannungsmessung setzt voraus, daß in der Leuchtstoff­lampe keine an sich möglichen Gleichrichtereffekte auftreten.
  • Ein solcher Gleichrichtereffekt kann beispielsweise dann auf­treten, wenn starke Unterschiede in der Emissionsfähigkeit der Elektroden der Leuchtstofflampe LL vorhanden sind. Soll die Abhängigkeit der Gleichspannungsmessung und damit der Erzeugung der Hilfsregelgröße HMG von einem solchen Gleichrichtereffekt ausgeschlossen werden, dann kann die Hilfsregelgröße HMG auch von einer Wechselspannung abgeleitet werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2.
  • Die Ableitung der Hilfsregelgröße HMG erfolgt zweckmäßig durch Überlagerung eine niederfrequente Wechselspannung, die an der Leuchtstofflampe LL abgegriffen wird. Hierzu wird die Leucht­stofflampe LL über Koppelelemente KE1, beispielsweise in Form von Koppelwiderständen Rk, zusätzlich an die Netzwechselspan­nung Un angeschaltet. Die hierdurch an der Leuchtstofflampe LL auftretende niederfrequente Brennwechselspannung wird dann über weitere Koppelelemente KE2, die den hochfrequenten Anteil der Brennwechselspannung und auch den Gleichanteil sperren, dem Gleichrichter GL zugeführt, dem zur Glättung des gleichgerich­teten niederfrequenten Anteils der Brennwechselspannung ein Siebglied SG nachgeschaltet ist. Dem Ausgang des Siebglieds SG ist der aus Fig. 1 bereits bekannte Spannungsteiler R2/R3 parallel geschaltet, an dessen Abgriff die Hilfsregelgröße HMG ansteht. Die Koppelelemente KE2 bestehen zweckmäßig aus der Reihenschaltung einer Siebdrossel Ls und eines Siebkondensators Cs.
  • Da die Wirksamkeit der Hilfsregelgröße HMG lediglich an der un­teren Grenze des Helligkeitsregelbereichs der Leuchtstofflampe LL von Interesse ist, kann in den Verbindungsweg des Abgriffs des Spannungsteilers R2/R3 zum Summierer SR, wie das Fig. 3 zeigt, zusätzlich eine Schwelle, zum Beispiel in Form einer Zenerdiode D1, eingebaut werden. Erst wenn die Hilfsregelgröße HMG am Abgriff des Spannungsteilers R2/R3 bei einer Dimmstel­lung von beispielsweise ein oder zwei Prozent des Nennlicht­stromes so groß geworden ist, daß die Zenerdiode niederohmig wird, setzt schlagartig die das Abreißen der Entladung verhin­dernde Zusatzregelung ein. Das Verhalten des Reglers im Helligkeitsregelbereich oberhalb dieser Schwelle wird dann in mitunter erwünschter Weise von dieser Zusatzregelung nicht beeinflußt. Die Zenerdiode D1 ist im Schaltbild nach Fig. 3 eingetragen. Die Schaltung nach Fig. 3 stellt eine Weiterbil­dung der Schaltung nach Fig. 1 dar. Abgesehen von der Zener­diode D1 im Verbindungsweg des Abgriffs des Spannungsteilers R2/R3 zum Summierer SR unterscheidet sich die Schaltung nach Fig. 3 von der Schaltung nach Fig. 1 durch die Zusatzschaltung ZS. Über diese Zusatzschaltung ZS wird eine weitere Hilfsregel­größe HMG1 erzeugt, die der Hilfsregelgröße HMG gleichwirkend überlagert ist. Hierdurch wird die Regelgeschwindigkeit der zusätzlichen Regelung wesentlich erhöht.
  • Die Änderung des Entladungswiderstandes bei einem Dimmvorgang der Leuchtstofflampe in Richtung abnehmender Helligkeit hat eine relativ langsame Änderung des Potentials am Verbindungs­punkt A zur Folge, weil durch die Gesamtschaltung die große Zeitkonstante von Halbbrückenkondensator C1 und Entladewider­stand R1 vorgegeben ist. Bei ungünstiger Dimensionierung können deshalb Regelschwingungen auftreten. Durch die Zusatzschaltung ZS läßt sich das dynamische Verhalten des Reglers jedoch wesentlich verbessern, weil dadurch der Einfluß dieser großen Zeitkonstante verringert werden kann. Bei stark verringerter Lampenleistung auf Werte unterhalb 10 % der Nennleistung nimmt die Brennwechselspannung der Leuchtstofflampe mit der Lampen­leistung ab. Dies macht sich die Zusatzschaltung ZS zunutze, indem sie aus der Brennwechselspannung eine Gleichspannung erzeugt, die der Brennwechselspannung proportional ist und als weitere Hilfsregelgröße HMG1 der Hilfsregelgröße HMG im Sinne der gewünschten Regelung vorzeichenrichtig überlagert wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Zusatzschaltung ZS nach Fig. 3 ist in Fig. 4 angegeben. Sie besteht zwischen dem Ver­bindungspunkt B und dem negativen Pol der Zwischenkreisgleich­spannung Uzw aus der Reihenschaltung des Kondensators C3 mit dem Spannungsteiler R4/R5 aus den Widerständen R4 und R5.
  • Der heruntergeteilte Anteil der Brennwechselspannung am Wider­stand R5 wird nun über die Diode D2 gleichgerichtet und die gleichgerichtete Brennwechselspannung der Parallelschaltung aus dem Kondensator C4 und dem Widerstand R6 zugeführt. Die Ände­rung der gleichgerichteten Brennwechselspannung am Kondensator C4 wird über den Kondensator C5 dem Widerstand R3 des Span­nungsteilers R2/R3 dann als weitere Hilfsregelgröße HMG1 zuge­führt.

Claims (9)

1. Elektronisches Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter in Schalterbrückenausführung, dem ausgangsseitig wenigstens ein Lastkreis, bestehend aus der Reihenschaltung einer Lampen­drossel mit der Parallelschaltung aus einem Zündkondensator und einer Leuchtstofflampe angeschaltet ist, bei dem ein auf die Steuerung der Schalter des Wechselrichters einwirkender Regler vorgesehen ist, der in Abhängigkeit der Lampenleistung oder des Lampenstroms mittels eines Vergleichs zwischen einer Be­zugsgröße (Sollwert) und einer von der Lampenleistung oder dem Lampenstrom abgeleiteten Meßgroße (Istwert) die Helligkeit der Leuchtstofflampe stabilisert und zugleich in Abhängigkeit des in seiner Größe einstellbaren Sollwertes eine Helligkeitsregel­ung der Leuchtstofflampe in weiten Grenzen ermöglicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aus dem Soll-Istwertvergleich resultierenden Regelab­weichung (RAW) wenigstens eine Hilfsregelgröße (HMG) überla­gert ist, die lediglich an der unteren Grenze des Helligkeits­regelbereiches der Leuchtstofflampe (LL) wirksam ist und hierzu entweder von der Gleichspannung an der nicht mit der Lampen­drossel (L1) verbundenen Elektrode der Leuchtstofflampe (LL) oder aber ihrer Brennwechselspannung abgeleitet ist.
2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bezugsgröße (Sollwert SW) die Meßgröße (Istwert IW) und die Hilfsregelgröße (HMG) Gleichspannungen sind, die über einen Summierer (SR) vorzeichenrichtig zur Regelabweichung (RAW) addiert werden.
3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei der an der Reihenschaltung der beiden gesteuerten Schalter (T1,T2) des Wechselrichters (WR) die Zwischenkreisgleichspan­nung (Uzw) anliegt und der eine der beiden Pole (+) der Zwi­schenkreisgleichspannung (Uzw) über den Halbbrückenkondensator (C 1) mit der Elektrode der Leuchtstofflampen (LL) in Verbin­dung steht, die sich nicht auf seiten der Lampendrossel (L1) befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Halbbrückenkondensator (C1) ein Entladewiderstand (R1) parallel geschaltet ist und ferner ein Spannungsteiler (R2/R3) die nicht mit der Lampendrossel (L1) in Verbindung stehende Elektrode der Leuchtstofflampe (LL) mit dem anderen (-) der beiden Pole der Zwischenkreisgleichspannung (Uzw) verbindet und daß der Eingang des Summierers (SR) für die Hilfsregelgröße (HMG) an den Abgriff des Spannungsteilers (R2/R3) angeschaltet ist.
4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Elektrode der Leuchtstofflampe (LL), die einen gemeinsamen Verbindungspunkt (B) mit der Lampendrossel (L1) hat, und dem anderen (-) der beiden Pole der Zwischenkreis­gleichspannung (Uzw) eine Zusatzschaltung (ZS) für die Ablei­tung einer weiteren Hilfsregelgröße (HMG1) in Form einer Gleichspannung aus der Brennwechselspannung der Leuchtstoff­lampe (LL) vorgesehen ist, die der Hilfsregelgröße (HMG) am Abgriff des Spannungsteiles (R2/R3) so zugeführt ist, daß sie die Spannungsänderung der Hilfsregelgröße (HMG) im internen Bereich der Helligkeitsregelung verstärkend unterstützt.
5. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzschaltung (ZS) zwischen der Elektrode der Leucht­stofflampe (LL) auf seiten der Lampendrossel (L1) und dem ande­ren (-) der beiden Pole der Zwischenkreisgleichspannung (Uzw) die Reihenschaltung aus einem Kondensator (C3) und einem Spann­ungsteiler (R4/R5) für die Brennwechselspannung aufweist, daß ferner dem Widerstand (R5) dieses Spannungsteilers (R4/R5) auf seiten des anderen (-) der beiden Pole der Zwischenkreisgleich­spannung (Uzw) ein -Glied mit einem Querglied aus der Paral­lelschaltung eines Kondensators (C4) mit einem Widerstand (R6), einem Längsglied aus einer Diode (D2) und einem Längsglied aus einem Kondensator (C5) angeschaltet ist, das den am Abgriff dieses Spannungsteilers (R4/R5) anstehenden Anteil der Brenn­wechselspannung über die Diode (D2) gleichrichtet und an dessen Ausgang auf seiten des Kondensatorlängszweiges die Änderung der gleichgerichteten und gesiebten Brennwechselspannung als weitere Hilfsregelgröße (HMG1) verfügbar ist.
6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Entladewiderstand (R1) parallel dem Halbbrückenkonden­sator (C1) in der Größenordnung des Entladungswiderstandes der Leuchtstofflampe (LL) an der unteren Grenze ihres Helligkeits­regelbereiches ist.
7. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfsregelgröße (HMG) aus einem niederfrequenten Anteil der Brennwechselspannung der Leuchtstofflampe (LL) abgeleitet ist.
8. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Netzwechselspannung (Un) unmittelbar über Entkopplungs­glieder (KE1) der Leuchtstofflampe (LL) parallel angeschaltet ist, daß ferner zur Gewinnung der Hilfsregelgröße (HMG) der auf diese Weise erzeugte niederfrequente Anteil der Brennwechsel­spannung an der Leuchtstofflampe (LL) über den hochfrequenten Anteil der Brennwechselspannung sowie den Gleichspannungsanteil sperrende Koppelelemente (KE2) einem Gleichrichter (GL) zuge­führt ist, der ausgangsseitig über ein Siebglied (SG) hinweg den gleichgerichteten und geglätteten niederfrequenten Anteil der Brennwechselspannung der Leuchtstofflampe (LL) als Hilfs­regelgröße (HMG) zur Verfügung stellt.
9. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hiflsmeßgröße (HMG) über eine Schwelle hinweg der aus dem Soll-Istwertvergleich resultierenden Reglersteuergröße RSG) überlagert ist.
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