EP1354500B1

EP1354500B1 - Device and method for the multi-phase operation of a gas discharge or metal vapour lamp

Info

Publication number: EP1354500B1
Application number: EP01273108A
Authority: EP
Inventors: Dietrich Eckert
Original assignee: Eckert Elektronik GmbH
Current assignee: uv-technik Speziallampen GmbH
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: DK1354500T3; ES2260167T3; ATE321435T1; US7157863B2; WO2002056644A1; EP1354500A1; DE50109284D1; DE10102408A1; US20040085032A1

Abstract

The present invention describes an apparatus and methods for operating one or more gas arc lamps or metal vapor, wherein a rectified multiphase voltage is directly used by an electronic ballast device without intermittently connecting any active component, so as to achieve an efficient control of a gas arc lamp with a reduced interference radiation, wherein the power factor is inherently higher than 0.95.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe und betrifft insbesondere lichttechnische Anlagen, in denen Gasentladungslampen mittels elektronischer Vorschaltgeräte betrieben werden.The present invention relates to devices and methods for operating a gas discharge lamp and relates in particular to lighting installations in which gas discharge lamps are operated by means of electronic ballasts.

Die Anwendung von Gasentladungslampen und insbesondere von Leuchtstoffröhren ist in vielen industriellen und wirtschaftlich orientierten Bereichen aufgrund des im Vergleich zu Leuchten mit Glühfäden höheren Wirkungsgrads und der durch die Auswahl der Leuchtstoffbeschichtung in weiten Grenzen einstellbaren Lichtcharakteristik weit verbreitet. Vor allem bei Anwendungen, in denen nicht nur ein hoher Wirkungsgrad sondern auch eine stabile, d.h. flackerfreie Ausleuchtung, oder eine kontinuierliche Einstellung der Beleuchtungsstärke einer Gasentladungslampe gefordert wird, werden zumeist elektronische Vorschaltgeräte eingesetzt, die einen Betrieb der Gasentladungslampe bei hohen Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz bis 50 kHz erlauben, so dass das Flackem im Gegensatz zu Gasentladungslampen, die lediglich mittels einer Drosselspule bei Netzfrequenz betrieben werden, vermieden wird bzw. nicht mehr erkennbar ist, wobei durch geeignete Ansteuerung des elektronischen Vorschaltgeräts die Beleuchtungsstärke in weiten Grenzen variierbar ist.The use of gas discharge lamps, and in particular of fluorescent tubes, is widely used in many industrial and commercial sectors because of the higher efficiency compared to the filament lamps and the broadly adjustable light characteristics through the choice of phosphor coating. Especially in applications where not only high efficiency but also stable, i. E. Flicker-free illumination, or a continuous adjustment of the illuminance of a gas discharge lamp is required, are usually electronic ballasts used, which allow operation of the gas discharge lamp at high frequencies in the range of about 20 kHz to 50 kHz, so that the Flackem unlike gas discharge lamps, the be operated by means of a choke coil at mains frequency, is avoided or is no longer recognizable, with suitable control of the electronic ballast, the illuminance can be varied within wide limits.

Die zunehmende Verwendung von elektronischen Vorschaltgeräten führt jedoch zu einer vermehrten Abstrahlung von Störsignalen, die durch den Schaltbetrieb der in dem elektronischen Vorschaltgerät verwendeten Schaltelementen, zumeist MOSFET- oder Bipolartransistoren, erzeugt werden. Ferner ergibt sich durch die Verwendung eines elektronischen Vorschaltgeräts eine deutliche nicht-sinusförmige Stromentnahme aus dem Netz, die zu einer beträchtlichen Einspeisung von Oberwellen in das Stromnetz und damit zu einer Belastung des Netzes führen. Als Folge davon hat der Gesetzgeber Vorgaben hinsichtlich der Erzeugung von Oberwellen von elektronisches Vorschaltgerät, insbesondere im Leistungsbereich bis 1000W, erlassen, die nicht überschritten werden dürfen. Aus diesem Grunde ist dem elektronischen Vorschaltgerät ein multiplizierender Aufwärtswandler vorgeschaltet, der auch als Leistungsfaktorregler bezeichnet wird, um den Leistungsfaktor nahe bei 1 zu halten, d.h., um den Strom im wesentlichen sinusförmig und in Phase zur Spannung aus dem Netz zu entnehmen.However, the increasing use of electronic ballasts leads to an increased emission of interference signals, which are generated by the switching operation of the switching elements used in the electronic ballast, usually MOSFET or bipolar transistors. Furthermore, the use of an electronic ballast results in a significant non-sinusoidal current drain from the grid, which leads to a significant supply of harmonics in the power grid and thus to a load on the network. As a consequence of this, the legislature has issued specifications regarding the generation of harmonics of electronic ballast, in particular in the power range up to 1000W, which must not be exceeded. For this reason, the electronic ballast upstream of a multiplying boost converter, which is also referred to as a power factor controller to to keep the power factor close to 1, ie, to draw the current substantially sinusoidal and in phase with the voltage from the mains.

Der Leistungsfaktorregler erfordert allerdings in der Regel ein weiteres Schalterelement und eine Induktivität, so dass der Bauteilaufwand deutlich zunimmt. Des weiteren lässt sich mit vertretbaren Aufwand zumeist ein Wirkungsgrad des Leistungsfaktorreglers von etwa höchstens 95% erreichen, so dass der Gesamtwirkungsgrad des Systems bestehend aus Leistungsfaktorregler, elektronisches Vorschaltgerät und Gasentladungslampe reduziert wird. Der im Leistungsfaktorregler verwendete Aufwärtswandler arbeitet im Schalterbetrieb und trägt damit zu einer weiteren Erhöhung der Störstrahlung bei, so dass ein erheblicher Aufwand zur Filterung der Störstrahlung und entsprechende teure metallische Gehäuse notwendig sind.However, the power factor regulator usually requires a further switch element and an inductance, so that the component cost increases significantly. Furthermore, an efficiency of the power factor regulator of about 95% at most can be achieved with reasonable effort, so that the overall efficiency of the system consisting of power factor controller, electronic ballast and gas discharge lamp is reduced. The boost converter used in the power factor controller operates in the switch mode and thus contributes to a further increase in the interference, so that a considerable effort to filter the interference and corresponding expensive metallic housing are necessary.

Die Druckschrift EP 0 782 245 A2 zeigt einen Dreiphasenbrückengleichrichter zur Ansteuerung einer Inverterschaltung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.Document EP 0 782 245 A2 shows a three-phase bridge rectifier for driving an inverter circuit according to the features of the preamble of claim 1.

Druckschrift US 5,633,793 zeigt einen geschalteten Gleichrichter mit einer sehr schnellen Diode im Stromweg, um damit die Rückwärtserholungsverlsute der Diode zu reduzieren, ohne dass eine Einrichtung zum Weichenschalten erforderlich ist. Des weiteren kann eine Vorrichtung für das Schalten beim Nulldurchgang der Spannung sowie beim Nulldurchgang des Stroms erreicht werden, in dem ein einfaches Hilfsnetzwerk über dem Gleichspannungszweig vorgesehen wird, das lediglich während der kurzen Übergangsphasen beim Schalten des Brückengleichrichters in Funktion ist.Document US 5,633,793 shows a switched rectifier with a very fast diode in the current path, in order to reduce the Rückwärtserholungsverlsute the diode without a means for switching points is required. Furthermore, an apparatus for switching at the zero crossing of the voltage and at the zero crossing of the current can be achieved, in which a simple auxiliary network is provided above the DC branch, which is only during the short transition phases in the switching of the bridge rectifier in operation.

Angesichts dieser Sachlage ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel bereitzustellen, um den Bauteileaufwand einzuschränken und dabei gleichzeitig das geforderte Maß an elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) und geringem Oberwellengehalt sicherzustellen.In view of this situation, it is an object of the present invention to provide means to limit the component cost while ensuring the required level of electromagnetic compatibility (EMC) and low harmonic content.

Diese Aufgabe wird gemäß einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 22 gelöst.This object is achieved according to a device according to claim 1 and a method according to claim 22.

Durch die Gleichrichtung der Mehrphasenwechselspannung mittels des Vollweggleichrichters ergibt sich am Ausgang des Gleichrichters eine Gleichspannung mit nur noch einer geringen Welligkeit. Beispielsweise beträgt beim europäischen 3-Phasen-Netz die Welligkeit bei einer 6-Punkt-Schaltung nur noch etwa 10% mit einer Frequenz, die der sechsfachen Netzfrequenz entspricht. Diese gleichgerichtete Spannung kann direkt dem elektronischen Vorschaltgerät zugeführt werden, so dass der aufwendige Leistungsfaktorregler entfallen kann. Aufgrund der geringen Welligkeit in Verbindung mit der höheren Frequenz der Spannungswelligkeit treten bei der Beleuchtungsstärke der Gasentladungslampe oder der Metalldampflampe ebenfalls nur sehr geringe, aufgrund der höheren Brummfrequenz für das menschliche Auge nicht wahmehmbare Schwankungen auf, so dass sich ausgezeichnete Beleuchtungseigenschaften ergeben. Insbesondere auf Anwendungsgebieten, in denen ohnehin größere Leistungen und eine Steuerung der mittleren Beleuchtungsstärke erforderlich ist, etwa in Solarien, Anlagen zur Entkeimung von Räumen und Objekten, medizinischen Einrichtungen, etc., ist die Erfindung äußerst vorteilhaft, da dort in der Regel der 3-Phasen-Anschluss ohnehin zur Verfügung steht und die direkte Verwendung der gleichgerichteten Mehrphasenspannung ohne Leistungsfaktorregler den Wirkungsgrad deutlich anhebt. Unterschiedliche Netzspannungen in verschiedenen Ländern (USA, Japan 220V, Europa 380V Außenleiterspannung) können durch eine entsprechende Anpassung des Resonanzkreises berücksichtigt werden, wobei die hohe gleichgerichtete Spannung von etwa 560 bis 600 V (Europa) für das Zünden der Gasentladungslampe von Vorteil ist.By rectifying the polyphase AC voltage by means of the full wave rectifier results in the output of the rectifier, a DC voltage with only a low ripple. For example, in the European 3-phase network, the ripple in a 6-point circuit is only about 10% with a frequency equal to six times the network frequency. This rectified voltage can be fed directly to the electronic ballast, so that the complex power factor controller can be omitted. Due to the low ripple in conjunction with the higher frequency of the voltage ripple occur in the illuminance of the gas discharge lamp or the metal halide lamp also very small, due to the higher ripple frequency to the human eye unperceptable fluctuations, so that there are excellent lighting properties. In particular, in application areas in which greater benefits and a control of the average illuminance is required anyway, such as solariums, facilities for the sterilization of rooms and objects, medical facilities, etc., the invention is extremely advantageous, since there usually 3 Phase connection is available anyway and the direct use of the rectified polyphase voltage without power factor controller significantly increases the efficiency. Different mains voltages in different countries (USA, Japan 220V, Europe 380V outer conductor voltage) can be taken into account by a corresponding adjustment of the resonant circuit, the high rectified voltage of about 560 to 600 V (Europe) is advantageous for the ignition of the gas discharge lamp.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Stützkondensator an der Ausgangsseite des Mehrphasenvollweggleichrichters vorgesehen. Dadurch lassen sich die kurzen Spannungseinbrüche beim Schalten der Halbbrücke im wesentlichen ausgleichen. Durch die direkte Verwendung der gleichgerichteten Mehrphasenspannung kann die Kapazität des Stützkondensators allerdings relativ klein gewählt werden, da dieser nicht die Welligkeit der gleichgerichteten Gleichspannung glätten muss, sondern die Spannung nur während der Schaltvorgänge, die mit der hohen Betriebsfrequenz stattfinden, der Halbbrücke stützen muss. Somit kann auf teure, großvolumige und störanfällige Elektrolytkondensatoren verzichtet werden.In another embodiment, a backup capacitor is provided on the output side of the multi-phase full wave rectifier. As a result, the short voltage dips when switching the half-bridge can be substantially offset. By directly using the rectified polyphase voltage, however, the capacitance of the backup capacitor can be chosen to be relatively small, since this does not have to smooth the ripple of the rectified DC voltage, but must support the voltage only during the switching operations that take place at the high operating frequency, the half-bridge. Thus, can be dispensed with expensive, large-volume and trouble-prone electrolytic capacitors.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Vorsteuerung auf, die das externe Steuersignal gegensinnig zu einer Restwelligkeit der gleichgerichteten Mehrphasenspannung moduliert. Auf diese Weise können selbst die geringfügigen Beleuchtungsschwankungen, sofern diese für gewisse Anwendungen störend sein sollten, weitestgehend ausgesteuert werden.In a further embodiment, the device also has a precontrol which modulates the external control signal in the opposite sense to a ripple of the rectified polyphase voltage. In this way even the slight variations in lighting, if these should be disturbing for certain applications, are largely taxed out.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Resonanzkondensator, der zur Gasentladungslampe parallel geschaltet ist, direkt an der Gasentladungslampe vorgesehen.In a further embodiment, a resonance capacitor, which is connected in parallel with the gas discharge lamp, is provided directly on the gas discharge lamp.

Damit lässt sich die Anzahl der Zuleitungen zur Gasentladungslampe verringern. Insbesondere wenn mehrere Gasentladungslampen vorgesehen sind, erlaubt die Unterbringung des jeweiligen Resonanzkondensators direkt an der jeweiligen Gasentladungslampe, dass nur jeweils eine Zuleitung für jede Lampe und eine gemeinsame Rückleitung erforderlich ist, wobei die notwendigen Überwachungsfunktionen für die einzelnen Gasentladungslampen ohne zusätzliche Zuleitungen ausgeübt werden können. Vorzugsweise wird der externe Resonanzkondensator im Startergehäuse untergebracht.This can reduce the number of leads to the gas discharge lamp. In particular, when a plurality of gas discharge lamps are provided, the accommodation of the respective resonance capacitor directly to the respective gas discharge lamp allows only one supply line for each lamp and a common return line is required, the necessary monitoring functions for the individual gas discharge lamps can be exercised without additional supply lines. Preferably, the external resonance capacitor is accommodated in the starter housing.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ansteuervorrichtung für mehrere Gasentladungslampen und/oder Metalldampflampen bereitgestellt, mit einer Elektronikplatine, einem auf der Elektronikplatine installierten Mehrphasenvollweggleichrichter, der mit einer Mehrphasenwechselspannungsquelle verbindbar ist, und mehreren auf der Elektronikplatine installierten elektronischen Vorschaltgeräten, wobei jedes elektronische Vorschaltgerät eingangsseitig mit dem Mehrphasenvollweggleichrichter verbunden ist und ausgangsseitig mit jeweils einer der mehreren Gasentladungslampen und/oder Metalldampflampen verbindbar ist.According to another aspect, there is provided a drive apparatus for a plurality of gas discharge lamps and / or metal halide lamps, comprising an electronic board, a multi-phase full wave rectifier installed on the electronic board connectable to a polyphase AC power source and a plurality of electronic ballasts installed on the electronic board, each electronic ballast connected to the input side Multi-phase full wave rectifier is connected and the output side with each one of the plurality of gas discharge lamps and / or metal halide lamps is connectable.

Durch die direkte Verwendung der gleichgerichteten Mehrphasenwechselspannung kann aus den bereits dargelegten Gründen auf entsprechende Leistungsfaktorregler und entsprechende Siebkondensatoren verzichtet werden, wodurch sich mehrere Gasentladungslampen und/oder Metalldampflampen trotz der hohen benötigten Leistung durch eine einzelne Platine versorgen lassen, da die Schaltung kompakt und ohne zusätzliche, Abwärme erzeugende Leistungsfaktorregler aufgebaut werden kann. Dies ist insbesondere bei Anwendungen vorteilhaft, in denen mehrere Gasentladungslampen und/oder Metalldampflampen auf engem Raumbereich betrieben werden müssen.Due to the direct use of the rectified polyphase alternating voltage, corresponding power factor regulators and corresponding filter capacitors can be dispensed with for the reasons already explained, whereby a plurality of gas discharge lamps and / or metal halide lamps can be supplied by a single circuit board despite the high power required, because the circuit is compact and without additional, Waste heat generating power factor controller can be constructed. This is particularly advantageous in applications in which several gas discharge lamps and / or metal halide lamps must be operated in a confined space.

Eines oder mehrere der elektronischen Vorschaltgeräte können dabei steuerbar sein, so dass sich die Beleuchtungsstärke der Leuchten einzeln, in Gruppen oder insgesamt verstellen lässt.One or more of the electronic ballasts may be controllable, so that the illuminance of the lights can be adjusted individually, in groups or in total.

Entsprechend einem weiteren Aspekt wird eine dimmbare Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, mit einem 3-Phasenvollwegbrückengleichrichter, einem Stützkondensator mit einer Kapazität im Bereich von ungefähr 0,1 µF bis 1µF, der an der Ausgangsseite des 3-Phasenvollwegbrückengleichrichter angeordnet ist, einem elektronischen Vorschaltgerät mit einem Steuereingang, das ohne Zwischenschaltung aktiver Komponenten mit dem Stützkondensator verbunden ist, und einer Gasentladungslampe oder Metalldampflampe, die mit dem elektronischen Vorschaltgerät verbunden istAccording to another aspect, there is provided a dimmable lighting device comprising a 3-phase full-wave bridge rectifier, a back-up capacitor having a capacitance in the range of about 0.1 μF to 1μF located on the output side of the 3-phase full-wave bridge rectifier, an electronic ballast having a control input, which is connected to the backup capacitor without the interposition of active components, and a gas discharge lamp or metal halide lamp, which is connected to the electronic ballast

Durch die direkte Gleichrichtung der 3-Phasenspannung unter Verwendung eines Stützkondensators mit einer kleinen Kapazität lassen sich Material- und Herstellungskosten senken, wobei gleichzeitig eine ausgezeichnete EMV und ein hoher Leistungsfaktor erzielt werden.The direct rectification of the 3-phase voltage using a small capacity backup capacitor can reduce material and manufacturing costs while providing excellent EMC and power factor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer lichttechnischen Anlage bereitgestellt, wobei die lichttechnische Anlage eine Mehrphasenwechselspannungsquelle, einen Mehrphasenvollweggleichrichter, ein elektronisches Vorschaltgerät und eine Gasentladungslampe oder eine Metalldampflampe aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Gleichrichten der Mehrphasenwechselspannung, Zuführen der gleichgerichteten Spannung zu dem elektronischen Vorschaltgerät, Erzeugen eines Steuersignals, das zur Einstellung der Beleuchtungsstärke der Gasentladungslampe oder Metalldampflampe dient, und Zuleiten des Steuersignals zu dem elektronisches Vorschaltgerät, um die Beleuchtungsstärke der Gasentladungslampe oder Metalldampflampe einzustellen, wobei der Leistungsfaktor größer oder gleich 0,95 ist.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a lighting system, the lighting system comprising a polyphase AC voltage source, a polyphase full wave rectifier, an electronic ballast, and a gas discharge lamp or metal halide lamp. The method comprises the steps of rectifying the polyphase AC voltage, supplying the rectified voltage to the electronic ballast, generating a control signal for adjusting the illuminance of the gas discharge lamp or metal halide lamp, and supplying the control ballast signal to the electronic ballast, the illuminance of the gas discharge lamp or metal halide lamp adjust, where the power factor is greater than or equal to 0.95.

Das Betreiben lichttechnischer Anlagen kann efindungsgemäß mit einem zum Stand der Technik aufgrund der direkt im elektronischen Vorschaltgerät verwendeten gleichgerichteten Spannung deutlich reduzierten Materialaufwand und einem verbesserten Wirkungsgrad ausgeübt werden. Dadurch lässt sich die Wirtschaftlichkeit von beispielsweise Sonnenstudios, Entkeimungsanlagen, und medizinischen Geräten für lichttherapeutische Behandlung, etc deutlich steigern, wobei aufgrund des Wegfalls eines oder mehrerer Leistungsfaktorregler die EMV mit minimalen Aufwand deutlich innerhalb der gesetzlichen Bestimmung liegtThe operation of lighting systems can efindungsgemäß according to the prior art due to the directly used in the electronic ballast rectified voltage significantly reduced material costs and improved efficiency can be exercised. As a result, the cost-effectiveness of, for example, tanning salons, sterilization systems, and medical devices for light therapy treatment, etc, significantly increase, with the omission of one or more power factor control EMC with minimal effort is well within the statutory provisions

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Erzeugung des Steuersignals auf der Grundlage eines oder mehrerer der folgenden Parameter: Zeitdauer der beabsichtigten Strahlungsemission der Gasentladungslampe oder Metalldampflampe, aktuelle Beleuchtungsstärke der Gasentladungslampe, über einen vordefinierten Zeitraum integrierte Beleuchtungsstärke, Betriebsalter der Gasentladungslampe, physikalische und/oder biologische Wirkung der emittierten Strahlung auf ein spezifiziertes Objekt, Betriebstemperatur der Gasentladungslampe und Betriebstemperatur eines bestimmten Bereichs des elektronisches Vorschaltgeräts.In another embodiment, the generation of the control signal is based on one or more of: the duration of the intended emission of the gas discharge lamp or metal halide lamp, the current illuminance of the gas discharge lamp, integrated illuminance over a predefined period of time, operating age of the gas discharge lamp, physical and / or biological effect the emitted radiation to a specified object, operating temperature of the gas discharge lamp and operating temperature of a certain area of the electronic ballast.

Durch die parameterabhängige Steuerung der lichttechnischen Anlage lässt sich eine dosierte Einstellung der Beleuchtungsstärke in einem weiten Einstellbereich erreichen, wobei aufgrund des fehlenden Leistungsfaktorreglers lediglich die Dimensionierung des elektronisches Vorschaltgeräts für den gewünschten Leistungsstellbereich notwendig ist und daher der Material- und Kostenaufwand im Vergleich zu einer herkömmlichen Anlage gering ist. Die Erzeugung des Steuersignals kann dabei anwendungsspezifisch mittels geeigneter Parameter stattfinden. Beispielsweise ergibt sich bei der Verwendung der lichttechnischen Anlage in einer Sonnenbank das Problem, dass die emittierte Strahlung möglichst nur in einem gewissen Frequenzbereich und mit einer bestimmten Intensität auftreten soll. Durch Vorsehen geeigneter Sensoren kann die emittierte Strahlung überwacht und ein von den Sensoren ausgegebenes Signal kann als ein Parameter zur Erzeugung des Steuersignals verwendet werden. Ein entsprechendes Sensorausgangssignal kann z.B. das Überschreiten einer maximalen momentanen Strahlungsintensität und/oder einer maximalen oder gewünschten integrierten Intensität anzeigen.Due to the parameter-dependent control of the lighting system, a metered adjustment of the illuminance can be achieved in a wide adjustment range, due to the lack of power factor controller only the dimensioning of the electronic ballast for the desired Leistungsstellbereich is necessary and therefore the material and cost compared to a conventional system is low. The generation of the control signal can take place application-specific by means of suitable parameters. For example, when using the lighting installation in a sunbed, the problem arises that the emitted radiation should occur only in a certain frequency range and with a certain intensity. By providing suitable sensors, the emitted radiation can be monitored and a signal output from the sensors can be used as a parameter to generate the control signal. A corresponding sensor output signal may, for example, indicate the exceeding of a maximum instantaneous radiation intensity and / or a maximum or desired integrated intensity.

In einer Ausführungsform kann dabei die Steuerung mittels eines Soll- und Istwerts als ein geregelter Vorgang durchgeführt werden, so dass ein oder mehrere geeignete Parameter für den spezifischen Anwendungsfall gewählt werden können und die zugeordneten Parameterwerte kontinuierlich oder schrittweise abgefragt und für die Erzeugung des Steuersignals verwendet werden. Somit kann beispielsweise in der zuvor genannten Sonnenbank eine effiziente Dosierung ohne gesundheitliche Gefährdung vorgenommen werden, wenn beispielsweise die aktuelle Beleuchtungsstärke einem ermittelten Sollwert nachgeführt wird. Insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung der zuvor genannten Art, mit der sich mit einer einzigen Platine mehrere Gasentladungslampen und/oder Metalldampflampen steuern lassen, ergibt sich eine kompakte, energieeffiziente und kostengünstige Möglichkeit zur Steuerung der lichttechnischen Anlage in großem Maßstab.In one embodiment, the control can be performed by means of a setpoint and actual value as a controlled operation, so that one or more suitable parameters for the specific application can be selected and the associated parameter values are continuously or incrementally queried and used for the generation of the control signal , Thus, for example, in the abovementioned tanning bed efficient dosing without health risk can be made, for example, if the current illuminance is tracked to a determined desired value. In particular, in conjunction with a device of the aforementioned type, which can be controlled with a single board a plurality of gas discharge lamps and / or metal halide lamps, results in a compact, energy-efficient and cost-effective way to control the lighting system on a large scale.

Alternativ oder zusätzlich können geeignete Parameterwerte für die Steuerung oder Regelung der lichttechnischen Anlage, insbesondere für medizinische Geräte zur licht- und strahlungstherapeutischen Behandlung, aus entsprechenden vorbestimmten Modellen des Bestrahlungsvorgangs oder anderer Hilfsmittel gewonnen werden. So lässt sich aus der Angabe eines bestimmten Hauttyps ein zugeordneter Ablauf für den Bräunungsvorgang bestimmen, um damit entsprechende Parameter wie Intensität und Zeitdauer der Bestrahlung fest zu legen. Die entsprechenden Parameterwerte können dabei aktuell ermittelt werden oder beispielsweise in tabellierter Form vorliegen.Alternatively or additionally, suitable parameter values for the control or regulation of the lighting system, in particular for medical devices for light and radiation therapy treatment, can be obtained from corresponding predetermined models of the irradiation process or other aids. Thus, from the indication of a specific skin type, an assigned sequence for the browning process can be determined in order to determine corresponding parameters such as intensity and duration of the irradiation. The corresponding parameter values can be currently determined or present, for example, in tabulated form.

In entsprechender Weise lassen sich weitere Parameter bestimmen, etwa die Wirkung der Strahlung auf gewisse Objekte, wie Hautbereiche, Mikroorganismen, bestimmte zu untersuchende Materialien, etc., die dann für die Steuerung und/oder Regelung des Bestrahlungsvorgangs heran gezogen werden können. Dabei kann die Wirkung gemessen werden und/oder durch Modelle bzw. Daten bestimmt sein. Beispielsweise kann aus entsprechenden vorausgehenden Messungen oder Berechnungen die Wirkung auf gewisse Mikroorganismen bei einer spezifizierten Art der Bestrahlung bekannt sein, so dass dann die Beleuchtungsstärke entsprechend angepasst werden kann, um das gewünschte Ergebnis, z.B. Keimzahlverringerung, zu erreichen. Vorteilhaft ist dabei, dass durch die direkte Nutzung der gleichgerichteten Mehrphasennetzspannung eine effiziente und feinfühlige Steuerung bzw. Dimmung der Beleuchtungsstärke über einen Bereich von ca. 20% bis 100% der Leistung möglich ist.In a corresponding manner, further parameters can be determined, for example the effect of the radiation on certain objects, such as skin areas, microorganisms, certain materials to be examined, etc., which can then be used to control and / or regulate the irradiation process. The effect can be measured and / or determined by models or data. For example, from corresponding preliminary measurements or calculations, the effect on certain microorganisms may be known for a specified type of irradiation, so that then the illuminance can be adjusted accordingly to achieve the desired result, eg, germ count reduction. It is advantageous that by the direct use of the rectified polyphase mains voltage a efficient and sensitive control or dimming of the illuminance over a range of about 20% to 100% of the power is possible.

Weitere Ausführungsformen gehen aus den angefügten Patentansprüchen hervor.Further embodiments will become apparent from the appended claims.

Im folgenden werden einige beispielhafte Ausführungsformen anhand der begleitenden Zeichnungen detailliert erläutert, wobei:

Fig. 1 a: ein Schaltbild einer ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt;
Fig. 1b: eine Variation der in Fig. 1a gezeigten Ausführungsform zeigt, wobei der Resonanzkondensator außerhalb der Schaltungsplatine direkt an der Gasentladungslampe angebracht ist;
Fig. 2: schematisch eine Ausführungsform darstellt, in der mehrere elektronische Vorschaltgeräte auf einer einzelnen Elektronikplatine zusammengefasst sind;
Fig. 3: schematisch eine Ausführungsform zeigt, in der im Resonanzkreis ein Transformator zur Anpassung an die Gasentladungslampe oder Metalldampflampe vorgesehen ist; und
Fig. 4: schematisch eine Anordnung darstellt, in der eine Gasentlandungslampe bzw. eine Metalldampflampe unter Einbeziehung von durch Sensoren unmittelbar gewonnenen Signalen und/oder extern ermittelten Parametern gesteuert wird.

In the following, some exemplary embodiments will be explained in detail with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 a: shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment;
Fig. 1b: Fig. 1a shows a variation of the embodiment shown in Fig. 1a with the resonant capacitor external to the circuit board mounted directly to the gas discharge lamp;
Fig. 2: schematically illustrates an embodiment in which a plurality of electronic ballasts are combined on a single electronic board;
Fig. 3: schematically shows an embodiment in which in the resonant circuit, a transformer for adaptation to the gas discharge lamp or metal halide lamp is provided; and
Fig. 4: schematically illustrates an arrangement in which a Gasentlandungslampe or a metal halide lamp is controlled by including directly obtained by sensors signals and / or externally determined parameters.

Fig. 1a zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zum Ansteuern einer Gasentladungslampe bzw. Metalldampflampe 106, die in der hier gezeigten Ausführungsform beispielsweise als eine Leuchtstoffröhre ausgeführt sein kann. Die Vorrichtung 100 weist einen Dreiwegevollweggleichrichter 101 auf, der eine Dreiphasenwechselspannung R, S, T gleichrichtet, auf. Entsprechend dem europäischen Standard beträgt die Spannung zwischen zwei Phasen etwa 380V, so dass die ausgangsseitige Spannung des Gleichrichters 101 bei etwa 560 Volt liegt, wobei die Restwelligkeit der gleichgerichteten Spannung etwa 10% beträgt. Aufgrund der Sechspulsschaltung des Gleichrichters 101 weist die Welligkeit die sechsfache Frequenz der Eingangswechselspannung auf.FIG. 1a schematically shows a device 100 for activating a gas discharge lamp or metal vapor lamp 106, which in the embodiment shown here can be embodied, for example, as a fluorescent tube. The apparatus 100 includes a three-way full wave rectifier 101 that rectifies a three-phase AC voltage R, S, T. According to the European standard, the voltage between two phases is about 380V, so that the output side voltage of the rectifier 101 is about 560 volts, with the residual ripple of the rectified voltage about 10%. Due to the six-pulse circuit of the rectifier 101, the ripple has six times the frequency of the input AC voltage.

An der Ausgangsseite des Gleichrichters 101 kann ein Stützkondensator 102 vorgesehen sein, dessen Kapazität allerdings sehr gering sein kann, beispielsweise 0,1 µF bis 1 µF, da der Kondensator 102 nicht die Restwelligkeit der gleichgerichteten Spannung glätten muss, sondern die Spannung während der hochfrequenten Schaltvorgänge stützen soll. An der Ausgangsseite des Gleichrichters 101 kann ferner ein Filter 103 vorgesehen sein, der die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Vorrichtung 100 verbessert. Ebenfalls mit der Ausgangsseite des Gleichrichters 101 ist eine Schaltereinrichtung in Form einer Halbbrücke 104 verbunden, die in dem gezeigten Beispiel zwei MOSFET-Transistoren T₁ und T₂ umfasst, deren gemeinsamer Anschluss mit einer Spule 105 verbunden ist, die eine Induktivität L_R aufweist. Der andere Anschluss der Spule 105 ist mit einem Anschluss der Gasentladungslampe 106 verbindbar, deren andere Elektrode mit einem Kondensator 107, der eine Kapazität C_R aufweist, verbunden ist. Eine Ansteuerschaltung 108 ist ausgebildet, die Gatesignale für die Transistoren T₁ und T₂ bereitzustellen. Ferner besitzt die Ansteuerschaltung 108 einen Steuereingang 109 zum Zuführen einen Steuersignals zur Einstellung der Beleuchtungsstärke der Gasentladungslampe 106. Der Einfachheit halber sind weitere Schaltungselemente, die beispielsweise dem Vorheizen der Elektroden der Gasentladungslampe 106 oder diversen Schutzeinrichtungen zur Vermeidungen von Überströmen und Überspannungen dienen, nicht dargestellt. Ferner ist anzumerken, dass diverse Schaltungsvarianten hinsichtlich der Schaltereinrichtung 104 möglich sind. So kann anstelle der Halbbrücke eine Vollbrücke, oder ein einzelnes Schaltelement als (Resonanz-) Aufwärtswandler verwendet werden.On the output side of the rectifier 101, a support capacitor 102 may be provided, the capacity of which may be very low, for example 0.1 μF to 1 μF, since the capacitor 102 does not have to smooth the ripple of the rectified voltage, but the voltage during the high-frequency switching operations should support. On the output side of the rectifier 101 may further be provided a filter 103 which improves the electromagnetic compatibility (EMC) of the device 100. Also connected to the output side of the rectifier 101 is a switching device in the form of a half-bridge 104, which in the example shown comprises two MOSFET transistors T ₁ and T ₂ whose common terminal is connected to a coil 105 having an inductance L _R. The other terminal of the coil 105 is connectable to one terminal of the gas discharge lamp 106, the other electrode of which is connected to a capacitor 107 having a capacitance C _R. A drive circuit 108 is configured to provide the gate signals for the transistors T ₁ and T ₂ . Further, the drive circuit 108 has a control input 109 for supplying a control signal for adjusting the illuminance of the gas discharge lamp 106. For simplicity, other circuit elements, for example, the preheating of the electrodes of the gas discharge lamp 106 or various protection devices to avoid overcurrents and overvoltages, not shown. It should also be noted that various circuit variants with respect to the switch device 104 are possible. Thus, instead of the half bridge, a full bridge, or a single switching element can be used as a (resonant) boost converter.

Während des Betriebs der Vorrichtung 100 wird die Wechselspannung RST mittels der Dioden im Gleichrichter 101 gleichgerichtet, wobei standardmäßige Gleichrichterbrücken oder bei Bedarf schnell schaltende Dioden mit einer kurzen Rückerholungszeit verwendet werden können. Aufgrund der direkten Gleichrichtung des Dreiphasenwechselstroms weist die gleichgerichtete Spannung lediglich eine geringe Welligkeit von etwa 10% bis 12% auf, so dass im Gegensatz zu konventionellen elektronischen Vorschaltgeräten diese Spannung direkt verwendbar ist, ohne dass eine Regelung des Leistungsfaktor mittels eines zusätzlichen Leistungsfaktorreglers notwendig ist. Die Ansteuerschaltung 108 erzeugt in Reaktion auf ein extern zugeführtes oder intern erzeugtes Steuersignal die Gateansteuersignale für die Transistoren T₁ und T₂ mit einer Frequenz und/oder einem Tastgrad, die bzw. der dem Steuersignal entspricht. Der aus der Spule 105, der Gasentladungslampe 106 und aus dem Kondensator 107 gebildete Resonanzkreis wird mit der durch das externe oder intern erzeugten Steuersignal vorgegebenen Frequenz erregt, so dass die Gasentladungsröhre 106 zum Leuchten gebracht wird. Eine typische Betriebsfrequenz liegt bei 20 bis 60 kHz, wobei die geringfügigen Beleuchtungsstärkeschwankungen, die durch die Restwelligkeit der gleichgerichteten Wechselspannung bedingt ist, aufgrund der sechsfachen Frequenz der Eingangswechselspannung kaum bzw. gar nicht wahmehmbar sind. Wie bereits erwähnt wurde kann vorteilhafterweise die Kapazität des Stützkondensators 102 so gewählt werden, dass die Spannung während der Schaltvorgänge der Transistoren T₁ und T₂ annähemd konstant bleibt, so dass Werte von 0.1µF bis 1µF oder vorzugsweise von 0.1µF bis 0.67µF ausreichen. Ferner kann die Restwelligkeit durch eine entsprechende Vorsteuerung (nicht gezeigt) ausgeglichen werden, indem der Ansteuerschaltung 108 beispielsweise mittels eines Spannungsteilers die gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, so dass die durch die Restwelligkeit hervorgerufene Beleuchtungsschwankung im wesentlichen kompensiert werden kann.During operation of the device 100, the AC voltage RST is rectified by means of the diodes in the rectifier 101, whereby standard rectifier bridges or on demand fast switching diodes with a short recovery time can be used. Due to the direct rectification of the three-phase alternating current, the rectified voltage has only a small ripple of about 10% to 12%, so that in contrast to conventional electronic ballasts, this voltage is directly usable without a regulation of the power factor by means of an additional power factor regulator is necessary. The drive circuit 108 generates the gate drive signals for the transistors T ₁ and T ₂ at a frequency and / or duty corresponding to the control signal in response to an externally supplied or internally generated control signal. The resonant circuit formed by the coil 105, the gas discharge lamp 106 and the capacitor 107 is energized at the frequency predetermined by the external or internally generated control signal, so that the gas discharge tube 106 is lit. A typical operating frequency is 20 to 60 kHz, and the slight variations in illuminance caused by the ripple of the rectified AC voltage are barely noticeable due to the sixfold frequency of the AC input voltage. As already mentioned, the capacitance of the backup capacitor 102 can advantageously be chosen such that the voltage remains approximately constant during the switching operations of the transistors T ₁ and T ₂ , so that values of 0.1 μF to 1 μF or preferably of 0.1 μF to 0.67 μF suffice. Furthermore, the residual ripple can be compensated for by a corresponding feedforward control (not shown) by supplying the rectified AC voltage to the drive circuit 108, for example by means of a voltage divider, so that the illumination fluctuation caused by the residual ripple can be substantially compensated.

Selbstverständlich kann ein Stützkondensator 102 mit großer Kapazität vorgesehen werden, um die Restwelligkeit am Brückengleichrichter zu glätten, wobei dann jedoch abhängig von dem zu erwartenden Ausgangsstrom ein entsprechend groß dimensionierter Elektrolytkondensator zu verwenden wäre.Of course, a support capacitor 102 can be provided with a large capacity to smooth the ripple on the bridge rectifier, in which case, however, would be dependent on the expected output current, a correspondingly large-sized electrolytic capacitor to use.

Fig. 1b zeigt eine Ausführungsform, die hinsichtlich der Ansteuerung der Gasentladungslampe 106 identisch zur Ausführungsform aus Fig. 1a ist. Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen belegt und die Beschreibung dieser Komponenten wird weggelassen.FIG. 1b shows an embodiment which is identical to the embodiment of FIG. 1a with regard to the control of the gas discharge lamp 106. The same parts are therefore assigned the same reference numerals and the description of these components is omitted.

In Fig. 1b ist die Spule 105 mit einem Koppelkondensator 120 in Reihe verbunden, der eine Kapazität C_K aufweist, die beispielsweise im Bereich zwischen 50 und 200 nF liegt. Die Resonanzkapazität C_K ist in dieser Ausführungsform außerhalb des Aufbaus für die Vorrichtung 100 direkt an der Gasentladungslampe 106 vorgesehen. Ferner kann parallel zum Resonanzkondensator C_K ein Widerstand 121, beispielsweise aus zwei oder mehreren Einzelwiderständen bestehend, vorgesehen werden. Diese Ausführungsform benötigt lediglich zwei Zuleitungen zur Gasentladungslampe 106, wobei dennoch die Überwachung der Lampenwendel sowie eine entsprechende Lampenüberwachung möglich ist. In der Ausführungsform sind die entsprechenden Zuleitungen (insgesamt vier Anschlüsse pro Entladungslampe) der Einfachheit halber nicht gezeigt. Der Resonanzkondensator 107 und gegebenenfalls die Widerstände 121 können im Startergehäuse untergebracht sein. Somit lassen sich auch bereits bestehende Lichtanlagen mit der vorliegenden Erfindung verwenden.In Fig. 1b, the coil 105 is connected in series with a coupling capacitor 120 having a capacitance C _K , which is for example in the range between 50 and 200 nF. The resonant capacitance C _K in this embodiment is out of the structure for the Device 100 is provided directly on the gas discharge lamp 106. Furthermore, a resistor 121, consisting for example of two or more individual resistors, can be provided parallel to the resonance capacitor C _K. This embodiment requires only two leads to the gas discharge lamp 106, while still monitoring the lamp filament and a corresponding lamp monitoring is possible. In the embodiment, the corresponding leads (four terminals in total per discharge lamp) are not shown for the sake of simplicity. The resonant capacitor 107 and optionally the resistors 121 may be housed in the starter housing. Thus, existing light systems can be used with the present invention.

Ferner können mehrere Entladungslampen 107. jeweils mit einem zugeordnetem Resonanzkondensator im Startergehäuse angesteuert werden, wobei dann lediglich eine gemeinsame Masse-Leitung und jeweils nur eine Zuleitung aus einer entsprechenden Halbbrücke 104 erforderlich sind. Dadurch wird gegenüber konventionellen Anlagen eine deutliche Materialeinsparung sowie ein geringerer Installationsaufwand erreicht.Furthermore, a plurality of discharge lamps 107 may each be driven with an associated resonance capacitor in the starter housing, in which case only one common ground line and only one supply line from a corresponding half bridge 104 are required. As a result, a significant material savings and a lower installation cost is achieved compared to conventional systems.

In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform ist der Dreiphasenvollweggleichrichter 101 sowie der Kondensator mit gegebenenfalls zusätzlichen Filterelementen auf einer separaten Platine untergebracht, von der aus mehrere Halbbrückenschaltungen 104, die auf einer oder mehreren Platinen angeordnet sein können, versorgt werden.In a further embodiment not shown, the three-phase full-wave rectifier 101 and the capacitor with optionally additional filter elements is accommodated on a separate board from which a plurality of half-bridge circuits 104, which can be arranged on one or more boards, are supplied.

Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, in der eine Vorrichtung 200 zum Ansteuem mehrerer Gasendadungslampen bzw. Metalldampflampen 206 einen Gleichrichter 201, der wiederum ein Dreiphasenvollweggleichrichter ist, optional einen Stützkondensator 202 an der Ausgangsseite des Gleichrichters 201 und mehrere elektronische Vorschaltgeräte 204 mit entsprechenden Steuereingängen 206 umfasst. Aufgrund des Wegfalls der konventionellen Leuchtansteuerungen notwendigen Leistungsfaktorreglern, lassen sich mehrere elektronische Vorschaltgeräte auf kompakte Weise auf einer einzelnen Elektronikplatine anordnen. Durch das Vermeiden der zusätzlichen, Wärme erzeugenden Leistungsfaktorregler lassen sich somit auch relativ große Leistungen durch relativ kompakte Ansteuereinheiten steuern. Ferner kann anstelle oder zusätzlich ein EMV-Filter vorgesehen werden.2 schematically shows another embodiment in which a device 200 for driving a plurality of gas discharge lamps or metal halide lamps 206 includes a rectifier 201, which in turn is a three-phase full wave rectifier, optionally a back-up capacitor 202 on the output side of the rectifier 201 and a plurality of electronic ballasts 204 with corresponding control inputs 206 includes. Due to the omission of the conventional lighting controls necessary power factor regulators, several electronic ballasts can be arranged in a compact manner on a single electronic board. By avoiding the additional, heat-generating power factor controller thus relatively large power can be controlled by relatively compact drive units. Furthermore, instead of or in addition, an EMC filter can be provided.

Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 300 zum Betreiben einer Gasentladungslampe bzw. Metalldampflampe 306. An der Ausgangsseite eines Dreiphasenvollweggleichrichters 301 ist ein Stützkondensator 302 mit einer Kapazität im Bereich von 0,1 µF bis 1 µF vorgesehen. Eine Halbbrückenschaltung 304 ist an einen Resonanzkreis angeschlossen, der eine Spule 305 mit einer Induktivität L_R und einen Kondensator 307 mit einer Kapazität C_R, sowie einen Transformator 310 zur Anpassung der Spannung an die Gasentladungslampe 306 umfasst. Ferner ist eine Diodenhalbbrücke 311, 312 zur Klemmung der Kondensatorspannung vorgesehen. Auf der Sekundärseite des Transformators 310 ist ein Gleichrichter 313 mit einem Ausgangskondensator 314 vorgesehen.3 schematically shows a further embodiment of a device 300 for operating a gas discharge lamp or metal halide lamp 306. On the output side of a three-phase full wave rectifier 301, a backup capacitor 302 having a capacitance in the range from 0.1 μF to 1 μF is provided. A half-bridge circuit 304 is connected to a resonant circuit comprising a coil 305 with an inductance L _R and a capacitor 307 with a capacitance C _R , and a transformer 310 for adjusting the voltage to the gas discharge lamp 306. Furthermore, a diode half bridge 311, 312 is provided for clamping the capacitor voltage. On the secondary side of the transformer 310, a rectifier 313 is provided with an output capacitor 314.

Während des Betriebs wird die Halbbrücke 304 mittels einer nicht gezeigten Ansteuerschaltung mit einer Frequenz angesteuert, die unterhalb der Resonanzfrequenz $(F_{R} = 1 / (2 π \sqrt{L_{R} C_{R}}))$

ist. Bei Einschalten des oberen Brückentransistors erfolgt eine sinusförmige Stromhalbschwingung, wobei der Transformator 310 lediglich als Stromquelle dient, die eine Spannung aufweist, die der rücktransformierten Ausgangsspannung am Kondensator 314 und damit der Spannung an der Gasentladungslampe 306 entspricht. Um eine optimale Energieübertragung während dieser Halbschwingung zu gewährleisten, wird vorzugsweise das Wicklungsverhältnis des Transformators 310 so gewählt, dass sich bei Nennbetrieb in etwa die halbe Brückenspannung an der Primärseite des Transformators 310 einstellt. Wenn der sinusförmige Schwingkreisstrom auf Null zurückgeht, ist der Kondensator 307 im wesentlichen auf die Brückeneingangsspannung aufgeladen, und der Schwingkreisstrom bleibt bei Null, so dass sich nun der obere Schalttransistor ohne Schaltverluste aufschalten lässt.During operation, half-bridge 304 is driven by a drive circuit, not shown, at a frequency below the resonant frequency

(F_{R} = 1 / (2 π \sqrt{L_{R} C_{R}}))

is. When the upper bridge transistor is turned on, a sinusoidal current half oscillation takes place, wherein the transformer 310 merely serves as a current source which has a voltage which corresponds to the back-transformed output voltage at the capacitor 314 and thus from the voltage at the gas discharge lamp 306. In order to ensure optimal energy transfer during this half-cycle, preferably the winding ratio of the transformer 310 is selected such that at rated operation approximately half the bridge voltage is established at the primary side of the transformer 310. When the sinusoidal resonant circuit current returns to zero, the capacitor 307 is charged substantially to the bridge input voltage and the resonant circuit current remains at zero, so that now the upper switching transistor can be switched on without switching losses.

Ein entsprechendes Verhalten ergibt sich beim Einschalten des unteren Transistors, wodurch der Kondensator 307 durch den sinusförmigen Schwingkreisstrom entladen und Energie an die Gasentladungslampe 306 übertragen wird. Nach Ablauf der halben Schwingungsperiode kann dann der untere Transistor ebenfalls ohne Verluste ausgeschaltet werden. Aufgrund dieser Anordnung lassen sich sehr hohe Schaltfrequenzen aufgrund der deutlich reduzierten Schaltverluste erreichen, so dass die die Resonanzfrequenz bestimmenden Elemente sehr klein und damit kostengünstig gewählt werden können. Insbesondere kann die Streuinduktivität des Transistors 310 als die Induktivität L_R verwendet werden, so dass keine zusätzliche Spule 305 notwendig ist. Die Energieübertragung an die Gasentladungslampe 306 kann in einfacher Weise durch Verändem der Schaltfrequenz der Brücke 304 gesteuert werden. Aufgrund der reduzierten Schaltverluste ergibt sich ein deutlich verbessertes EMV-Verhalten, so dass unter Umständen kein oder nur ein kleiner kostengünstiger EMV-Filter notwendig ist. Durch diese Anordnung lassen sich Schaltfrequenzen im Bereich von 20 bis 1000 kHz bei hohem Wirkungsgrad erreichen.A corresponding behavior results when switching on the lower transistor, whereby the capacitor 307 is discharged by the sinusoidal resonant circuit current and energy is transmitted to the gas discharge lamp 306. After the half-cycle period has elapsed, the lower transistor can then also be switched off without losses. Due to this arrangement, very high switching frequencies can be achieved due to the significantly reduced switching losses, so that the resonance frequency determining elements can be very small and therefore cost-effective. In particular, the leakage inductance of the transistor 310 may be used as the inductance L _R , so that no additional coil 305 is necessary. The energy transfer to the gas discharge lamp 306 can be easily controlled by changing the switching frequency of the bridge 304. Due to the reduced switching losses results in a significantly improved EMC behavior, so that under certain circumstances, no or only a small low-cost EMC filter is necessary. By this arrangement, switching frequencies in the range of 20 to 1000 kHz can be achieved with high efficiency.

Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung 400 zum Betreiben einer Gasentladungslampe bzw. Metalldampflampe 406, wobei ein Dreiphasenvollweggleichrichter 401 mit einem elektronischen Vorschaltgerät 404 verbunden ist, an das die Gasentladungslampe 406 angeschlossen ist. Das elektronische Vorschaltgerät 404 weist eine externe oder integrale Ansteuerschaltung 408 auf, die mit einer Parametererzeugungseinrichtung 409 und/oder einem oder mehreren Sensoren 420, beispielsweise als lichtempfindlicher Sensor, Stromsensor, Temperatursensor und dergleichen ausgebildet, verbunden ist. Die Vorrichtung 400 repräsentiert beispielsweise eine lichttechnische Anlage, die verwendbar ist in Solarien, lichttherapeutischen Einrichtungen, Anwendungsbereichen, die eine Entkeimung von Räumen bzw. Objekten oder medizinischen Geräten, und dergleichen. Durch die direkte Verwendung der gleichgerichteten Dreiphasenspannung lässt sich in kompakter und energieeffizienter Weise eine Steuerung der Beleuchtungsstärke der Gasentladungslampe 406 erreichen. Dabei kann die Steuerung der Beleuchtungsstärke aufgrund von Parametern durchgeführt werden, deren Parameterwerte beispielsweise auf der Grundlage der von den Sensoren 420 gelieferten Signale ermittelt werden. Beispielsweise kann der Sensor 420 die spektrale Verteilung und/oder die Intensität der momentan emittierten Strahlung erfassen und ein entsprechendes Signal an die Ansteuerschaltung 408 liefern. Die Ansteuerschaltung kann dabei beispielsweise einen Integrator aufweisen, so dass zusätzlich die über einen vordefinierten Zeitraum integrierte Beleuchtungsstärke ermittelt werden kann. Aus der aktuellen und/oder gemittelten Beleuchtungsstärke kann dann ein Ansteuersignal für die gewünschte Beleuchtungsstärke erzeugt werden.4 schematically shows another device 400 for operating a gas discharge lamp or metal halide lamp 406, wherein a three-phase full-wave rectifier 401 is connected to an electronic ballast 404, to which the gas discharge lamp 406 is connected. The electronic ballast 404 has an external or integral drive circuit 408, which is connected to a parameter generator 409 and / or one or more sensors 420, for example as a photosensitive sensor, current sensor, temperature sensor and the like. The device 400, for example, represents a lighting system that can be used in solariums, light therapy facilities, applications, the sterilization of rooms or objects or medical equipment, and the like. The direct use of the rectified three-phase voltage makes it possible to achieve control of the illuminance of the gas discharge lamp 406 in a compact and energy-efficient manner. In this case, the control of the illuminance can be carried out on the basis of parameters whose parameter values are determined, for example, on the basis of the signals supplied by the sensors 420. For example, the sensor 420 may detect the spectral distribution and / or the intensity of the currently emitted radiation and provide a corresponding signal to the drive circuit 408. In this case, the drive circuit may have an integrator, for example, so that in addition the illumination intensity integrated over a predefined period of time can be determined. From the current and / or average illuminance, a drive signal for the desired illuminance can then be generated.

Ferner ist es möglich, alternativ oder zusätzlich Signale aus entsprechenden Stromsensoren und/oder Temperatursensoren, die beispielsweise die Temperatur empfindlicher Baugruppen des elektronischen Vorschaltgeräts überwachen, bei der Erzeugung des Ansteuersignals zu berücksichtigen.Furthermore, it is possible, alternatively or additionally, to take signals from corresponding current sensors and / or temperature sensors, which for example monitor the temperature of sensitive assemblies of the electronic ballast, into account during the generation of the drive signal.

Für viele Anwendungen ist es nicht nur wichtig, dass die Gasentladungslampe 406 zuverlässig und energiesparend steuerbar ist, sondern auch, dass die Steuerung in Hinblick auf wichtige Parameter, die die Wirkung der von der Gasentladungslampe ausgesandten Strahlung beschreiben, durchführbar ist. Dazu kann die Parametererzeugungseinrichtung 409 über entsprechende Mittel verfügen, um das Ansteuersignal in Übereinstimmung mit entsprechenden Parameterwerten zu erzeugen. Beispielsweise kann die Einrichtung 409 in Tabellenform entsprechende Grenzwerte für die Beleuchtungsstärke und die Beleuchtungsdauer der Gasentladungslampe 406 beinhalten, die jeweils einem bestimmten Haupttyp zugeordnet sind. Dies ist besonders vorteilhaft in Solarien, wobei vor Bräunungsbeginn der Haupttyp festlegbar ist, und die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit des entsprechenden maximalen Wertes bzw. der maximalen Beleuchtungsdauer durchgeführt wird.For many applications it is not only important that the gas discharge lamp 406 be reliably and energy-efficiently controllable, but also that the control is feasible with regard to important parameters that describe the effect of the radiation emitted by the gas discharge lamp. For this purpose, the parameter generation device 409 may have appropriate means for generating the drive signal in accordance with corresponding parameter values. For example, the means 409 in tabular form may include respective illuminance and illumination duration limits of the gas discharge lamp 406, each associated with a particular main type. This is particularly advantageous in solariums, wherein the main type can be determined before the onset of tanning, and the illuminance is carried out as a function of the corresponding maximum value or the maximum duration of illumination.

Des weiteren lassen sich in der Einrichtung 409 die physikalischen bzw. biologischen Wirkungen auf zum Beispiel Mirkoorganismen und bestimmte Materialien speichern oder berechnen, so dass die Steuerung der Gasentladungslampe 406 im Hinblick auf eine gewünschte Wirkung der emittierten Strahlung ausgeführt wird. So kann z.B. bei der Entkeimung oder der Materialbehandlung oder der medizinischen Behandlung ein spezieller Beleuchtungs- bzw. Bestrahlungsablauf für ein optimales Ergebnis erforderlich sein.Furthermore, in the device 409, the physical or biological effects on, for example, microorganisms and certain materials can be stored or calculated, so that the control of the gas discharge lamp 406 is carried out with regard to a desired effect of the emitted radiation. Thus, e.g. in the case of sterilization or material treatment or medical treatment, a special lighting or irradiation procedure is required for an optimal result.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Rückkopplungsschleife vorgesehen, so dass ein Soll- und ein Istwert einer entsprechenden Regelgröße, z.B. die Beleuchtungsstärke, gebildet werden, und der Istwert dem Sollwert ständig nachgeführt wird. Eine entsprechende Ermittlungen von Soll- und Istwerten bzw. von Parameterwerten kann mittels eines Mikrocomputers und/oder einer externen Quelle, etwa eines Personalcomputers, und entsprechenden Speichermitteln erreicht werden.In an advantageous development, a feedback loop is provided, so that a setpoint and an actual value of a corresponding controlled variable, e.g. the illuminance, are formed, and the actual value of the setpoint is constantly tracked. A corresponding determination of desired and actual values or of parameter values can be achieved by means of a microcomputer and / or an external source, for example a personal computer, and corresponding storage means.

Claims

An apparatus (100) comprising:
a multiphase full-wave rectifier (101) connected with its input side to a multiphase voltage source;

a controlled switching device (104) connected with its input side to the output side of the multiphase full-wave rectifier (101); and

a control circuit (108) for controlling the switching device (104) according to an externally supplied and/or an internally generated control signal (109),
characterized in that
the multiphase full-wave rectifier is a passive full-wave bridge rectifier and is connected without interposition of active components by means of a buffer capacitor to the switching device (104), and
the controlled switching device (104) is connected with its output side to a resonant circuit (105, 107) for operating a gas arc lamp (106), wherein the energy coupled into the gas arc lamp (106) is controlled by means of the control signal (109) for controlling the illumination of the gas arc lamp (106).
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 1, characterized in that a buffer capacitor is provided at the output side of the multiphase full-wave rectifier.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 1 or 2, characterized in that a frequency for controlling the half-bridge is in the range of 20 kHz to 1 MHz.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to one of claims 1 to 3, characterized in that the apparatus further comprises a pre-controller which modulates the external control signal inversely to a residual waviness of the rectified multiphase voltage.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to one of claims 1 to 4, characterized in that the apparatus is configured for operating on a three-phase AC network.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to one of claims 1 to 5, characterized in that a feedback loop is provided that is configured to control an energy supplied to the gas arc lamp with respect to a manipulated parameter.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 6, characterized in that the manipulated parameter is supplied to the apparatus from an external source.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 6, characterized in that a sensor is provided, the manipulated parameter being determined in response to the signal supplied from the sensor.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 6, characterized in that the manipulated parameter represents at least one of a current supplied to the gas arc lamp, the radiation intensity emitted by the gas arc lamp, the spectral distribution emitted by the gas arc lamp, the effect of the radiation emitted by the gas arc lamp, the temperature of the gas arc lamp and the temperature of the half-bridge.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to one of claims 1 to 9, characterized in that a parameter-generating unit is provided for generating a parameter used for controlling the illumination.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 10, characterized in that the parameter represents at least one of the duration of driving the gas arc lamp and the progression of the illumination with time.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 10 or 11, characterized in that the parameter is generated on the basis of at least one of an externally supplied signal and a theoretical model.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to claim 12, characterized in that the parameter represents the physical effect of the radiation emitted by the gas arc lamp on an object.
The apparatus for controlling the illumination of a gas arc lamp, according to one of claims 1 to 13, characterized in that the resonant circuit comprises an inductor and a coupling capacitor connected in series, and a capacitor is provided in parallel. to the gas arc lamp and is attached to the gas arc lamp.
The apparatus according to claim 1, which comprises a controlling device (100; 200) for a plurality of gas arc lamps (106; 206) and/or metal vapor lamps, the device comprising:
an electronic wiring board, and

a plurality of electronic ballast devices (204) mounted on the electronic wiring board, wherein each of the electronic ballast devices is connected with its input side to the multiphase full-wave rectifier (101; 201), and is connected with its output side to a respective one of the plurality of gas arc lamps (106; 206) and/or metal vapor lamps.
The apparatus according to claim 15, characterized in that at least one of the plurality of electronic ballast devices is controllable so as to control the illumination of that gas arc lamp or metal vapor lamp that is connectable to the at least one controllable electronic ballast device.
The apparatus according to claim 2, wherein the buffer capacitor has a rated capacity in the range of 0.1 µF to 1 µF.
The apparatus according to claim 2, wherein the buffer capacitor has a rated capacity of 0.1 µF to 0.67µF.
A lighting equipment for irradiating an object, comprising:
a gas arc lamp or a metal vapor lamp;

a drive electronics comprising an apparatus according to one of claims 1 to 17, for resonantly driving the gas arc lamp or the metal vapor lamp, wherein the drive electronics is fed by a rectified three-phase voltage; and

a resonance capacitor connected in parallel to the gas arc lamp or metal vapor lamp, wherein the resonant capacitor is attached to the gas arc lamp or metal vapor lamp.
The lighting equipment, according to claim 19, characterized in that two or more of one of a gas arc lamp and metal vapor lamp are provided, wherein each of the lamps comprises a resonance capacitor attached thereto.
The lighting equipment, according to claim 20, characterized in that the drive electronics for each of the gas arc lamps or metal vapor lamps includes a separate resonant circuit, wherein an inductor is connected in series to a coupling capacitor.
A method of controlling a lighting equipment, wherein the lighting equipment comprises:
a multiphase full-wave rectifier (101) connected with its input side to a multiphase voltage source;

a controlled switching device (104) connected with its input side to the output side of the multiphase full-wave rectifier (101);

a control circuit (108) for controlling the switching device (104) based on an externally supplied and/or internally produced control signal (109),
wherein the multiphase full-wave rectifier is a passive full-wave bridge rectifier and is connected without interposition of active components by means of a buffer capacitor to the switching device (104); and
the controlled switching device (104) is connected with its output side to a resonant circuit (105, 107) for operating a gas arc lamp (106), wherein the energy coupled into the gas arc lamp (106) is controllable by means of the control signal (109) for controlling the illumination of the gas arc lamp (106), wherein the method comprises the steps of:
rectifying the multiphase AC voltage;

supplying the rectified multiphase AC voltage to the electronic ballast device;

generating the control signal serving to adjust the illumination of the gas arc lamp; and

supplying the control signal to the electronic ballast device to adjust the illumination of the gas arc lamp.
The method for controlling a lighting equipment according to claim 22, characterized in that the generation of the control signal is performed on the basis of at least one of the following parameters: a duration of the intended emission of radiation of the gas arc lamp, a current illumination of the gas arc lamp, an illumination integrated over a predefined time interval, an operational lifetime of the gas arc lamp, a physical and/or biological effect of the emitted radiation on a specified object, an operating temperature of the gas arc lamp and an operating temperature of a specified portion of the electronic ballast device.
The method for controlling a lighting equipment according to claim 23, characterized in that one of the parameters or a plurality of the parameters is determined by at least one of measurement and a theoretical model.
The method for controlling a lighting equipment according to claim 23, characterized in that at least one of a measurement and a theoretical model specifies the effect of the radiation emitted and/or to be emitted on the skin of a person.
The method for controlling a lighting equipment according to one of claims 22 to 25, characterized in that a control loop is provided so that the control signal is generated on the basis of at least one manipulated parameter that depends on the currently prevailing operational status of the lighting equipment.