EP1326485A2 - Vorschaltgerät für eine Lampe und Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts für eine Lampe - Google Patents

Vorschaltgerät für eine Lampe und Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts für eine Lampe Download PDF

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EP1326485A2
EP1326485A2 EP02027138A EP02027138A EP1326485A2 EP 1326485 A2 EP1326485 A2 EP 1326485A2 EP 02027138 A EP02027138 A EP 02027138A EP 02027138 A EP02027138 A EP 02027138A EP 1326485 A2 EP1326485 A2 EP 1326485A2
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EP
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ballast
frequency
switch
lamp
frequencies
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Olaf Busse
Markus Heckmann
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • Y10S315/07—Starting and control circuits for gas discharge lamp using transistors

Definitions

  • the present invention relates to a ballast for a lamp with a Inverter, which comprises at least one switch, and a drive circuit to alternately open and close the at least a switch and a method for operating such a ballast.
  • the object of the present invention is therefore a ballast of the type mentioned at the beginning and the method mentioned at the beginning to operate a ballast such that abrupt changes in brightness of a connected Lamp can be avoided.
  • the invention is based on the knowledge that the integration of the changing Lamp brightness not on a capacitor provided for this is carried out but by the sluggishness of human perception. A periodically fluctuating brightness of the lamp is not registered, if the fluctuation is above approx. 80 Hz. By switching between at least two different frequencies any perceptible brightness between the fixed discrete ones Values are generated.
  • the control circuit is preferably designed to switch between the carry out different control frequencies with a switching frequency, which is chosen such that the one with the different drive frequencies correlated different lamp brightness from one human eye can no longer be resolved.
  • the switching frequency is therefore preferably at least 60 Hz, in particular at least 80 Hz.
  • a grid rectifier can be connected upstream of the inverter an AC voltage network can be fed that has a network frequency, the switching frequency being synchronized with the mains frequency. If namely in the ballast Rippel with the mains frequency or multiples of this can occur with unsynchronized control at low frequencies Beats come that can be so low frequency that they in turn can be perceived by the human eye.
  • the mains frequency is 50 Hz or 60 Hz and the corresponding one Switching frequencies are then multiples of 50 Hz, in particular 100 Hz, or multiples of 60 Hz, in particular 120 Hz.
  • the network frequency is a multiple of the switching frequency is.
  • a switching frequency is chosen that is technically easy to implement and at the same time larger than that of humans Is still perceptible flicker frequency.
  • Figure 1 shows a ballast for operating a lamp La.
  • a first and a second switch S1; S2 are arranged between the supply voltage V CC and ground.
  • the center between the two switches S1, S2, which are preferably implemented as transistors, is connected via a coupling capacitor C K to the output circuit, which comprises an inductance L and a capacitor C.
  • Opening and closing switches S1; S2 is carried out by a control circuit 10, which is designed to switch S1; S2 can be controlled alternately with at least two different frequencies.
  • the switching frequency between the two control frequencies is at least 60 Hz, preferably at least 80 Hz.
  • FIG. 2 shows the time profile of the power P L converted in the lamp, which is correlated with the brightness emitted by the lamp, over the frequency ⁇ .
  • the frequency ⁇ is, for example, between 25 kHz and 125 kHz.
  • a first frequency ⁇ a is correlated with a first lamp power P a
  • a second frequency ⁇ b ' which is greater than ⁇ a is correlated with a second lamp power P b which is less than the lamp power P a .
  • ⁇ a and ⁇ b are two discrete successive drive frequencies that can be provided on the drive circuit 10. A direct switching back and forth between the lamp power P a and the lamp power P b as part of a regulation would lead to brightness jumps that can be perceived by a human eye.
  • FIG. 3 first shows the time course during operation of the ballast either with the lamp power P a or the lamp power P b , the line frequency of the voltage network from which the ballast is operated being reflected in the form of ripples.
  • the ballast is for a time t a to the lamp power P a, during a time period t b with the lamp power P b operated.
  • the switching between the lamp power P a and the lamp power P b is synchronized with the ripples, the switching not necessarily having to take place at the respective maxima.
  • the hatched areas in FIG. 3 show the course of the lamp power in a ballast according to the invention.
  • the switching frequency between the lamp power P a and the lamp power P b is selected so that it is above the flicker frequency perceivable by a human eye.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter (S1; S2) umfaßt, und einer Ansteuerschaltung (10) zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters (S1; S2), wobei die Ansteuerschaltung (10) ausgelegt ist, den mindestens einen Schalter (S1; S2) abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (ωa, ωb) anzusteuem. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter (S1; S2) umfaßt, und einer Ansteuerschaltung (10) zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters (S1; S2), wobei die Ansteuerschaltung den mindestens einen Schalter (S1; S2) abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (ωa, ωb) ansteuert. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter umfaßt, und einer Ansteuerschaltung zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Vorschaltgeräts.
Stand der Technik
In Vorschaltgeräten, die ohne weitere Signalumsetzung direkt von einem Microcontroller gesteuert werden, sind die möglichen Arbeitsfrequenzen nicht in beliebig feinen Abstufungen wählbar. Durch die Einschränkungen der Hardware, wobei hier insbesondere Registerbreite und Prozessortakt zu erwähnen sind, können nur eine gewisse feste Anzahl möglicher Arbeitsfrequenzen erzeugt werden. Beim Wechsel von einer diskreten Frequenz zur nächsten, zum Beispiel aufgrund von Regelvorgängen, entstehen dadurch abrupte Helligkeitsänderungen der angeschlossenen Lampe, die als störend empfunden werden.
Eine Möglichkeit dem entgegen zu wirken besteht darin, durch Erhöhung der Taktfrequenz des Prozessor und breitere Register die Abstufung so zu verfeinern, daß die verbleibenden Helligkeitssprünge nicht weiter auffallen. Dies ist jedoch aus Kostengründen meist nicht erwünscht. Typische Lösungen für dieses Problem sehen deshalb meistens eine Digital-Analog-Wandlung des vom Microcontroller gelieferten Signals vor. Dabei wird das Ausgangssignal des Prozessors überlicherweise an einem Kondensator integriert. Die sich einstellende Spannung steuert wiederum einen Oszillator, zum Beispiel einen VCO (Voltage-Controlled-Oszillator). Die Frequenz des VCO kann in sehr feinen Abstufungen eingestellt werden. Jedoch sind auch hier die anfallenden Kosten noch beträchtlich.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Vorschaltgerät der eingangs genannten Art sowie das eingangs genannte Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts derart weiterzubilden, daß auf kostengünstige Weise abrupte Helligkeitsänderungen einer angeschlossenen Lampe vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Vorschaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts mit den Merkmalen von Patentanspruch 8.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Integration der wechselnden Lampenhelligkeiten nicht an einem dafür vorgesehenen Kondensator durchgeführt wird, sondern durch die Trägheit der menschlichen Wahrnehmung. Eine periodisch schwankende Helligkeit der Lampe wird nicht registriert, wenn das Schwanken oberhalb von ca. 80 Hz liegt. Mittels des Umschaltens zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen kann jede wahrnehmbare Helligkeit zwischen den fest vorgegebenen diskreten Werten erzeugt werden.
Bevorzugt ist die Ansteuerschaltung ausgelegt, einen Wechsel zwischen den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen mit einer Umschaltfrequenz durchzuführen, die derart gewählt ist, daß die mit den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen korrelierten unterschiedlichen Helligkeiten der Lampe von einem menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden können. Die Umschaltfrequenz beträgt daher bevorzugt mindestens 60 Hz, insbesondere mindestens 80 Hz.
Dem Wechselrichter kann ein Netzgleichrichter vorgeschaltet sein, der aus einem Wechselspannungsnetz speisbar ist, das eine Netzfrequenz aufweist, wobei die Umschaltfrequenz mit der Netzfrequenz synchronisiert ist. Wenn nämlich in dem Vorschaltgerät Rippel mit der Netzfrequenz oder Vielfachen davon auftreten, kann es bei unsynchronisierter Ansteuerung zu niederfrequenten Schwebungen kommen, die so niederfrequent sein können, daß sie wiederum vom menschlichen Auge wahrgenommen werden können. Beispielsweise beträgt die Netzfrequenz 50 Hz oder 60 Hz und die entspechenden Umschaltfrequenzen sind dann Vielfache von 50 Hz, insbesondere 100 Hz, oder Vielfache von 60 Hz, insbesondere 120 Hz. Alternativ kann auch vorgesehen werden, daß die Netzfrequenz ein Vielfaches der Umschaltfrequenz ist.
Bei Betrieb des Vorschaltgeräts an einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise an Batterien, ist keine Synchronisation mit einer extern erzeugten Frequenz erforderlich. In diesem Fall wird eine Umschaltfrequenz gewählt, die technisch gut zu realisieren ist und zugleich größer als die vom menschlichen Auge noch wahrnehmbare Flackerfrequenz ist.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbespiel wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
Figur 1
in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts;
Figur 2
in schematischer Darstellung die in der Lampe umgesetzte Leistung in Abhängigkeit der Frequenz ω; und
Figur 3
den zeitlichen Verlauf der in der Lampe umgesetzten Leistung bei einem erfindungsgemäßem Vorschaltgerät.
Figur 1 zeigt ein Vorschaltgerät zum Betreiben einer Lampe La. Ein erster und ein zweiter Schalter S1; S2 sind zwischen der Versorgungsspannung Vcc und Masse angeordnet. Der Mittelpunkt zwischen den beiden Schaltern S1, S2, die bevorzugt als Transistoren realisiert sind, ist über einen Koppelkondensator CK mit dem Ausgangskreis verbunden, der eine Induktivität L sowie einen Kondensator C umfaßt. Das Öffnen und Schließen der Schalter S1; S2 erfolgt durch eine Ansteuerschaltung 10, die ausgelegt ist, die beiden Schalter S1; S2 abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen anzusteuern. Die Umschaltfrequenz zwischen den beiden Ansteuerfrequenzen beträgt mindestens 60 Hz, bevorzugt mindestens 80 Hz.
Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der in der Lampe umgesetzten Leistung PL, die mit der von der Lampe abgegebenen Helligkeit korreliert ist, über der Frequenz ω. Die Frequenz ω liegt beispielsweise zwischen 25 kHz und 125 kHz. Eine erste Frequenz ωa ist mit einer ersten Lampenleistung Pa korreliert, eine zweite Frequenz ωb' die größer ist als ωa, ist mit einer zweiten Lampenleistung Pb korreliert, die kleiner ist als die Lampenleistung Pa. ωa und ωb sind zwei diskrete aufeinanderfolgende Ansteuerfrequenzen, die an der Ansteuerschaltung 10 bereitgestellt werden können. Ein unmittelbares Hin- und Herschalten zwischen der Lampenleistung Pa und der Lampenleistung Pb im Rahmen einer Regelung würde zu Helligkeitssprüngen führen, die von einem menschlichen Auge wahrgenommen werden können.
Figur 3 zeigt zunächst den zeitlichen Verlauf bei Betrieb des Vorschaltgeräts entweder mit der Lampenleistung Pa oder der Lampenleistung Pb, wobei sich in dem zeitlichen Verlauf die Netzfrequenz des Spannungsnetzes, aus dem das Vorschaltgerät betrieben wird, in Form von Rippeln widerspiegelt. Erfindungsgemäß wird das Vorschaltgerät während einer Zeitdauer ta mit der Lampenleistung Pa , während einer Zeitdauer tb mit der Lampenleistung Pb betrieben. Das Umschalten zwischen der Lampenleistung Pa und der Lampenleistung Pb ist mit den Rippeln synchronisiert, wobei das Umschalten nicht notwendigerweise an den jeweiligen Maxima erfolgen muß. Die sich einstellende mittlere Lampenleistung Pm ist demnach Pm=(ta*Pa+tb*Pb)/(ta+tb)
Die schraffierten Flächen in Figur 3 zeigen den Verlauf der Lampenleistung bei einem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät.
Bei Betrieb des Vorschaltgeräts mit einer Gleichspannungsquelle ist natürlich keine Synchronisation möglich. In diesem Fall wird die Umschaltfrequenz zwischen der Lampenleistung Pa und der Lampenleistung Pb so gewählt, daß sie über der von einem menschlichen Auge wahrnehmbaren Flackerfrequenz liegt.

Claims (8)

  1. Vorschaltgerät für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter (S1; S2) umfaßt, und einer Ansteuerschaltung (10) zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters (S1; S2),
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (10) ausgelegt ist, den mindestens einen Schalter (S1; S2) abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (ωa, ωb) anzusteuern.
  2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (10) ausgelegt ist, einen Wechsel zwischen den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen (ωa, ωb) mit einer Umschaltfrequenz durchzuführen, die derart gewählt ist, daß die mit den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen (ωa, ωb) korrelierten unterschiedlichen Helligkeiten der Lampe (La) von einem menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden können.
  3. Vorschaltgerät nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfrequenz mindestens 60 Hz, insbesondere mindestens 80 Hz beträgt.
  4. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselrichter ein Netzgleichrichter vorgeschaltet ist, der aus einem Wechselspannungsnetz speisbar ist, das eine Netzfrequenz aufweist, wobei die Umschaltfrequenz mit der Netzfrequenz synchronisiert ist.
  5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz 50 Hz beträgt und die Umschaltfrequenz ein Vielfaches von 50 Hz, insbesondere 100 Hz, ist.
  6. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz 60 Hz beträgt und die Umschaltfrequenz ein Vielfaches von 60 Hz, insbesondere 120 Hz, ist.
  7. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz ein Vielfaches der Umschaltfrequenz ist.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter (S1; S2) umfaßt, und einer Ansteuerschaltung (10) zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters (S1; S2),
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung den mindestens einen Schalter (S1; S2) abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (ωa, ωb) ansteuert.
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