EP1395096A2 - Verfahren zum Betreiben von Leuchtstofflampen und Vorschaltgerät - Google Patents

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EP1395096A2
EP1395096A2 EP03017859A EP03017859A EP1395096A2 EP 1395096 A2 EP1395096 A2 EP 1395096A2 EP 03017859 A EP03017859 A EP 03017859A EP 03017859 A EP03017859 A EP 03017859A EP 1395096 A2 EP1395096 A2 EP 1395096A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control loop
fluorescent lamp
time intervals
actual value
power consumption
Prior art date
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Granted
Application number
EP03017859A
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English (en)
French (fr)
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EP1395096A3 (de
EP1395096B1 (de
Inventor
Markus Ziegler
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Publication of EP1395096A3 publication Critical patent/EP1395096A3/de
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2988—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for operating fluorescent lamps according to of the preamble of claim 1 and a ballast for performing the Process.
  • the inventive method for operating fluorescent lamps with the help of a ballast that has an inverter with semiconductor switches in a Bridge circuit are arranged, and with a control device for the semiconductor switch and at least one connected to the inverter as a resonance circuit trained load circuit in which at least one fluorescent lamp is operated, the at least one fluorescent lamp from the inverter a high-frequency current is applied and the power consumption the at least one fluorescent lamp by means of a first control loop by varying the frequency of the high-frequency current to a predeterminable one Value is characterized by the fact that by means of a second control loop which is run in shorter time intervals than the first control loop, the power consumption of the at least one fluorescent lamp on the predeterminable Value is stabilized.
  • the second control loop ensures that the fluorescent lamps also in the critical power range, which approx. 25% to 10% of their nominal luminous flux corresponds, can be operated safely without the occurrence of significant Fluctuations in the power consumption or brightness of the fluorescent lamps.
  • the second control loop is in significantly shorter time intervals than the go through first control loop and can therefore make rapid changes in power consumption of fluorescent lamps, as in the aforementioned critical area counteract.
  • the time intervals for going through the second control loop are advantageously 50 ⁇ s to 200 ⁇ s, while the Time intervals for passing through the first control loop with preferably 1 ms to 2 ms are significantly longer.
  • the method according to the invention is advantageously used for implementation of the first control loop, a setpoint which is adjustable in size in predetermined Time intervals compared with an actual value, which is based on the time-average power consumption deriving at least one fluorescent lamp, and therefrom a first manipulated variable is formed for the control device while performing the second control loop at predetermined time intervals that are shorter than the time intervals the first control loop, the change in power consumption at least one fluorescent lamp for generating a second manipulated variable for the Control device is evaluated, and both manipulated values for generating control signals be evaluated for the control of the switching frequency of the semiconductor switch.
  • control variables are advantageously both for the first as well as for the second control loop from the one flowing through the bridge circuit Current derived because the time average of this current is proportional to the power consumption the fluorescent lamp is.
  • the controlled variables that is, the actual values, Both control loops are, for example, using a low-pass filter from the over the Bridge circuit derived current flowing, the time constant of the second Second low-pass filter belonging to the control loop is smaller than the time constant of the first low-pass filter belonging to the first control loop.
  • the time constants are each adapted to the above-mentioned time intervals of the control loops.
  • the functions of the two low-pass filters are each digital Filters taken with different, at the above-mentioned time intervals adjusted sampling frequencies work.
  • the second control loop is advantageously designed as a target / actual value comparison, which is repeated continuously at predetermined time intervals, on End of each time interval from that flowing through the bridge circuit Current an actual value is derived and this with the actual value serving as the setpoint of the immediately preceding time interval is compared in order to derive the generate second manipulated variable for the control device of the inverter.
  • the ballast according to the invention has an inverter with semiconductor switches, which are arranged in a bridge circuit, a control device for the semiconductor switches and at least one connected to the inverter, designed as a resonant circuit load circuit with connections for at least one Fluorescent lamp on, wherein the control device means for varying the switching frequency the semiconductor switch has the minimum power consumption set a fluorescent lamp to a predeterminable value, and the control device Means for stabilizing the power consumption of the at least one Has fluorescent lamp to the predetermined value.
  • the means for stabilizing the power consumption of the at least one fluorescent lamp are preferably designed as differential controllers, also called D controllers, the change in the power consumption of the at predetermined time intervals monitors at least one fluorescent lamp and, depending on it, one Control value for the control device for stabilizing the power consumption on the predeterminable value generated.
  • D controllers differential controllers
  • the at least one fluorescent lamp has the desired value according to the invention Ballast preferably a slow compared to the D controller Proportional-integral controller, also called PI controller, on which the temporal average power consumption of the at least one fluorescent lamp with one predeterminable target value compares.
  • Both controllers are advantageously a component a microprocessor, which in turn is part of the control device is.
  • the manipulated values generated by both controllers are superimposed and in one digital data register of the microprocessor stored.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of an electronic device according to the invention Ballast shown for operating a fluorescent lamp.
  • This ballast has a half-bridge inverter with two half switches, in particular Transistors T1, T2, a control device ST for the semiconductor switch T1, T2 and two connections +, - for the DC voltage supply of the half-bridge inverter.
  • a Load circuit designed as a resonant circuit.
  • the load circuit includes the Resonance inductance L1, the resonance capacitor C1, the coupling capacitor C2, the discharge resistor R1 and arranged parallel to the coupling capacitor C2 Connections for the electrode filaments E1, E2 of a fluorescent lamp LP.
  • the Fluorescent lamp LP is arranged in the load circuit in such a way that its discharge path is connected in parallel with the resonance capacitor C1 and the electrode filaments E1, E2 are connected in series with the resonance capacitor C1.
  • This Circuit arrangement is disclosed for example in the patent specification EP 0 422 255 B1.
  • the semiconductor switches T1, T2 are alternated by means of the control device ST activated and deactivated so that the load circuit and the lamp LP with one high-frequency current, the frequencies of which are in the range of approx. 40 kHz and 150 kHz are.
  • the one for igniting the gas discharge in the fluorescent lamp LP required ignition voltage is determined using the method of excessive resonance provided on the resonance capacitor C1.
  • the impedance of the discharge path of the fluorescent lamp LP and their power consumption depend on the frequency of the lamp LP flowing electricity.
  • This fact can regulate the power consumption of the Fluorescent lamp and thus also used for its brightness control, by switching frequency of the semiconductor switches T1, T2 by means of the control device ST is varied accordingly so that it is a more or less large distance to the resonant frequency of the damped resonant circuit.
  • This actual value is specified in the proportional-integral controller IR with a predefinable one Setpoint value SW compared, that of the control device ST from the outside, for example from a dimming potentiometer or another dimming device becomes.
  • the setpoint SW represents the desired brightness level or power level the fluorescent lamp LP.
  • the proportional-integral controller IR a first manipulated variable to control the Switching frequency of the semiconductor switches T1, T2.
  • the first manipulated variable is in the 14 bit data register S1 stored and read out by the driver switch TR, the control signals generated for the base or gate electrode of the semiconductor switch T1, T2.
  • the first control loop is executed at 1 ms intervals. The means that after every 1 ms, a new actual value is generated using the first low pass R3, C3 fed into the proportional-integral controller IR, with the specifiable setpoint SW compared and an updated first manipulated variable written in the data register S1.
  • the frequency dependence of the half-bridge current is shown qualitatively in FIG.
  • the fluorescent lamp has its greatest brightness and Luminous flux is therefore 100% of their nominal luminous flux. If the frequency is increased, so takes the half-bridge current and thus the power consumption as well Luminous flux of the fluorescent lamp.
  • ⁇ f which corresponds to a luminous flux corresponds to approx. 25% to 10% of the nominal luminous flux, shows the half-bridge current an extremely strong frequency dependency, making this region unstable Operating conditions can occur.
  • the differential regulator DR To avoid oscillations of the fluorescent lamp between several operating states is avoided by means of the second low-pass filter R4, C4, the differential regulator DR, the data memory S2 and the data register S1 a second control loop realized, which is run much faster than the first control loop. through of the low-pass filter R4, C4 changes in the time intervals of 100 microseconds half-bridge current flowing through the resistor R2 is detected.
  • the differential Controller DR carries out a setpoint / actual value comparison at intervals of 100 ⁇ s through, the actual value being evaluated by the low-pass filter R4, C4 Half-bridge current is used and temporarily as the setpoint in data memory S2 stored actual value of the immediately preceding time interval is used becomes.
  • the differential Controller DR Depending on the target / actual value comparison, the differential Controller DR generates a second manipulated variable that corresponds to the 14-bit data register S1 is supplied and added to the first manipulated variable. From the sum of the two The driver circuit determines control values for frequency control of the signals Semiconductor switch T1, T2. The half-bridge current is generated by means of the second control loop and thus the power consumption and the brightness of the fluorescent lamp stabilized to the desired value.
  • the differential controller DR outside this critical operating area can be deactivated. This happens because that the actual value of the second control loop is compared with a target / actual value comparison Gain factor K is multiplied, which depends on the selected brightness level, that is, from the setpoint SW of the first control loop. During operation the fluorescent lamp LP with more than 25% of its nominal luminous flux can Gain factor K can be reduced to zero.
  • Both controllers IR, DR are algorithms of a program-controlled Microprocessor formed, which is part of the control device ST.
  • particularly preferred embodiment of the invention are first C3, R3 and second low-pass filter C4, R4 replaced by one digital filter each, wherein the first digital filter functions as the first low-pass filter C3, R3 and the second digital filter takes over the function of the second low-pass filter C4, R4.
  • the digital filters are part of the control device ST and in particular as part of the aforementioned, program-controlled microprocessor educated. Both digital filters evaluate the through the bridge circuit flowing current, that is, the voltage drop across resistor R2. Your filter properties are determined by the software implemented in the microprocessor. In all other details, this exemplary embodiment agrees with the above explained first embodiment.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für Leuchtstofflampen und ein entsprechendes Vorschaltgerät, bei dem durch Variation der Schaltfrequenz der Wechselrichterschalter (T1, T2) die Helligkeit der Leuchtstofflampen (LP) auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Um in einem kritischen Dimm-Bereich Oszillationen zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen zu verhindern, wird erfindungsgemäß mittels einer zusätzlichen Regelschleife die Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampen (LP) stabilisiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtstofflampen gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Vorschaltgerät zur Durchführung des Verfahrens.
I. Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der Patentschrift EP 0 422 255 B1 offenbart. Diese Schrift beschreibt ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von Leuchtstofflampen, das eine Helligkeits- und Leistungsregelung der Leuchtstofflampen durch Variieren der Schaltfrequenz der Wechselrichterschalter ermöglicht. Um ein Erlöschen der Leuchtstofflampe bei geringer Helligkeit, das heißt, beim Betrieb mit nur 1% des Nennlichtstroms, zu verhindern, wird zusätzlich zur Leistung der momentane Entladungswiderstand der Leuchtstofflampe überwacht und aus dem bei abnehmender Helligkeit der Leuchtstofflampe anwachsenden Entladungswiderstands eine Hilfsregelgröße für die Steuerung der Wechselrichterschalter abgeleitet.
Es hat sich gezeigt, dass bei Leuchtstofflampen Schwankungen des Betriebszustandes bzw. instabile Betriebszustände auftreten, wenn ihr Lichtstrom mittels des oben erläuterten Verfahrens auf ca. 25% bis 10% ihres Nennlichtstroms geregelt wird. Ursache dieser instabilen Betriebszustände ist eine nicht-lineare Abhängigkeit der Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampe von der Frequenz des vom Wechselrichter generierten Stroms. Im ungünstigen Fall können in dem vorgenannten Bereich bereits geringste Änderungen der Schaltfrequenz des Wechselrichters und damit der Frequenz des durch die Brückenschaltung fließenden Stroms starke Änderungen der Lampenleistung bewirken.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur stabilen Regelung der Leistungsaufnahme und der Helligkeit von Leuchtstofflampen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Leuchtstofflampen mit Hilfe eines Vorschaltgerätes, das einen Wechselrichter mit Halbleiterschaltern, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, und mit einer Steuervorrichtung für die Halbleiterschalter und mindestens einen an den Wechselrichter angeschlossenen, als Resonanzkreis ausgebildeten Lastkreis aufweist, in dem mindestens eine Leuchtstofflampe betrieben wird, wobei die mindestens eine Leuchtstofflampe von dem Wechselrichter mit einem hochfrequenten Strom beaufschlagt wird und die Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe mittels einer ersten Regelschleife durch Variieren der Frequenz des hochfrequenten Stroms auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass mittels einer zweiten Regelschleife die in kürzeren Zeitintervallen durchlaufen wird als die erste Regelschleife, die Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe auf den vorgebbaren Wert stabilisiert wird. Die zweite Regelschleife gewährleistet, dass die Leuchtstofflampen auch in dem kritischen Leistungsbereich, der ca. 25% bis 10% ihres Nennlichtstroms entspricht, sicher betrieben werden können, ohne das Auftreten von erheblichen Schwankungen der Leistungsaufnahme bzw. Helligkeit der Leuchtstofflampen. Die zweite Regelschleife wird in deutlich kürzeren Zeitintervallen, als die erste Regelschleife durchlaufen und kann daher schnellen Änderungen der Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampen, wie sie in dem vorgenannten kritischen Bereich auftreten können, entgegensteuern. Die Zeitintervalle zum Durchlaufen der zweiten Regelschleife betragen vorteilhafterweise 50 µs bis 200 µs, während die Zeitintervalle zum Durchlaufen der ersten Regelschleife mit vorzugsweise 1 ms bis 2 ms deutlich länger sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafterweise zur Durchführung der ersten Regelschleife ein in seiner Größe einstellbarer Sollwert in vorgegebenen Zeitabständen mit einem Istwert verglichen, der aus der zeitlich gemittelten Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe abgeleitet wird, und daraus ein erster Stellwert für die Steuervorrichtung gebildet, während zur Durchführung der zweiten Regelschleife in vorgegebenen Zeitintervallen, die kürzer als die Zeitabstände der ersten Regelschleife sind, die Änderung der Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe zur Erzeugung eines zweiten Stellwertes für die Steuervorrichtung ausgewertet wird, und beide Stellwerte zum Erzeugen von Steuersignalen für die Regelung der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter ausgewertet werden. Auf diese Weise kann mittels der ersten Regelschleife bei den Leuchtstofflampen die gewünschte Leistungsaufnahme und Helligkeit eingestellt werden und mittels der zweiten Regelschleife unerwünschte Schwankungen der Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampen, insbesondere in dem obengenannten kritischen Betriebsbereich, verhindert werden. Vorteilhafterweise werden die Regelgrößen sowohl für die erste als auch für die zweite Regelschleife aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet, weil der zeitliche Mittelwert dieses Stroms proportional zur Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampen ist. Die Regelgrößen, das heißt, die Istwerte, beider Regelschleifen werden beispielsweise mittels Tiefpassfilter aus dem über die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet, wobei die Zeitkonstante des zur zweiten Regelschleife gehörenden zweiten Tiefpassfilters kleiner als die Zeitkonstante des zur ersten Regelschleife gehörenden ersten Tiefpassfilters ist. Die Zeitkonstanten sind jeweils an die obengenannten Zeitintervalle der Regelschleifen angepasst. Vorzugsweise werden die Funktionen der beiden Tiefpassfilter von jeweils einem digitalen Filter übernommen, die mit unterschiedlichen, an die obengenannten Zeitintervalle angepassten Abtastfrequenzen arbeiten. Durch die Verwendung digitaler Filter vereinfacht sich der Aufbau der Schaltungsanordnung, weil sie als Bestandteil eines Mikroprozessors ausgebildet werden können.
Vorteilhafterweise ist die zweite Regelschleife als ein Soll-lstwertvergleich ausgebildet, der in vorgegebenen Zeitintervallen fortlaufend wiederholt wird, wobei am Ende eines jeden Zeitintervalls aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom ein Istwert abgeleitet wird und dieser mit dem als Sollwert dienenden Istwert des unmittelbar vorangegangenen Zeitintervalls verglichen wird, um daraus den zweiten Stellwert für die Steuervorrichtung des Wechselrichters zu generieren.
Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät weist einen Wechselrichter mit Halbleiterschaltern, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, eine Steuervorrichtung für die Halbleiterschalter und mindestens einen an den Wechselrichter angeschlossenen, als Resonanzkreis ausgebildeten Lastkreis mit Anschlüssen für mindestens eine Leuchtstofflampe auf, wobei die Steuervorrichtung Mittel zur Variation der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter besitzt, um die Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe auf einen vorgebbaren Wert einzustellen, und die Steuervorrichtung Mittel zur Stabilisierung der Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe auf den vorgebbaren Wert besitzt.
Die Mittel zur Stabilisierung der Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe sind vorzugsweise als Differential-Regler, auch D-Regler genannt, ausgebildet, der in vorgegebenen Zeitintervallen die Änderung der Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe überwacht und in Abhängigkeit davon einen Stellwert für die Steuervorrichtung zur Stabilisierung der Leistungsaufnahme auf den vorgebbaren Wert generiert. Zum Einstellen der Helligkeit bzw. Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe auf den gewünschten Wert weist das erfindungsgemäße Vorschaltgerät vorzugsweise einen, im Vergleich zum D-Regler langsamen Proportional-Integral-Regler, auch PI-Regler genannt, auf, der die zeitlich gemittelte Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe mit einem vorgebbaren Sollwert vergleicht. Beide Regler sind vorteilhafterweise als Bestandteil eines Mikroprozessors ausgebildet, der wiederum Bestandteil der Steuervorrichtung ist. Die von beiden Reglern generierten Stellwerte werden überlagert und in einem digitalen Datenregister des Mikroprozessors gespeichert.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
Eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes
Figur 2
Eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Halbbrückenstroms von der Frequenz des Wechselrichters
In der Figur 1 ist schematisch der Aufbau eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes zum Betreiben von einer Leuchtstofflampe dargestellt. Dieses Vorschaltgerät besitzt einen Halbbrückenwechselrichter mit zwei Halbschaltern, insbesondere Transistoren T1, T2, einer Steuervorrichtung ST für die Halbleiterschalter T1, T2 und zwei Anschlüssen +, - für die Gleichspannungsversorgung des Halbbrückenwechselrichters. An den Mittenabgriff M des Halbbrückenwechselrichters ist ein als Resonanzkreis ausgebildeter Lastkreis angeschlossen. Der Lastkreis umfasst die Resonanzinduktivität L1, den Resonanzkondensator C1, den Koppelkondensator C2, den parallel zum Koppelkondensator C2 angeordneten Entladewiderstand R1 und Anschlüsse für die Elektrodenwendeln E1, E2 einer Leuchtstofflampe LP. Die Leuchtstofflampe LP ist derart in dem Lastkreis angeordnet, dass ihre Entladungsstrecke parallel zu dem Resonanzkondensator C1 geschaltet ist und die Elektrodenwendeln E1, E2 in Serie zu dem Resonanzkondensator C1 geschaltet sind. Diese Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der Patentschrift EP 0 422 255 B1 offenbart. Die Halbleiterschalter T1, T2 werden mittels der Steuervorrichtung ST alternierend aktiviert und deaktiviert, so dass der Lastkreis und die Lampe LP mit einem hochfrequenten Strom beaufschlagt werden, dessen Frequenzen im Bereich von ca. 40 kHz und 150 kHz liegen. Die zum Zünden der Gasentladung in der Leuchtstofflampe LP erforderliche Zündspannung wird mittels der Methode der Resonanzüberhöhung am Resonanzkondensator C1 bereitgestellt. Zu diesem Zweck wird die Schaltfrequenz der Halbleiterschalter T1, T2 und damit auch die Frequenz des Stroms im Lastkreis auf einen Wert nahe der Resonanzfrequenz der Resonanzbauteile L1, C1 eingestellt. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Leuchtstofflampe LP wird der als Resonanzkreis ausgebildete Lastkreis durch die Impedanz der nun leitfähigen Entladungsstrecke zwischen den Elektroden E1, E2 der Leuchtstofflampe LP bedämpft. Die Impedanz der Entladungsstrecke der Leuchtstofflampe LP und ihre Leistungsaufnahme sind abhängig von der Frequenz des durch die Lampe LP fließenden Stroms. Diese Tatsache kann zur Regelung der Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampe und damit auch zu ihrer Helligkeitsregelung ausgenutzt werden, indem die Schaltfrequenz der Halbleiterschalter T1, T2 mittels der Steuervorrichtung ST entsprechend variiert wird, so dass sie einen mehr oder minder großen Abstand zur Resonanzfrequenz des bedämpften Resonanzkreises besitzt.
Zur Überwachung der Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampe LP wird mittels zweier Tiefpassfilter R3, C3 und R4, C4 der durch den Widerstand R2 fließende Halbbrückenstrom ausgewertet, da der durch den Widerstand R2 fließende Halbbrückenstrom während einer Halbwelle - nämlich bei geschlossenem Schalter T2 - mit dem durch die Leuchtstofflampe LP fließenden Strom identisch ist. Der als Integrationsglied wirkende erste Tiefpassfilter R3, C3 bildet am Kondensator C3 einen über mehrere der obengenannten Halbwellen gemittelten Spannungsabfall, der proportional zur Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampe LP ist und als Istwert für eine erste Regelschleife zur Helligkeitsregelung und Regelung der Leistungsaufnahme der Leuchtstofflampe dem Eingang des Proportional-Integral-Reglers IR zugeführt wird. Dieser Istwert wird in dem Proportional-Integral-Regler IR mit einem vorgebbaren Sollwert SW verglichen, der der Steuervorrichtung ST von außen, beispielsweise von einem Dimm-Potentiometer oder einer anderen Dimm-Vorrichtung, vorgegeben wird. Der Sollwert SW repräsentiert die gewünschte Helligkeitsstufe oder Leistungsstufe der Leuchtstofflampe LP. In Abhängigkeit von dem Soll-Istwertvergleich ermittelt der Proportional-Integral-Regler IR einen ersten Stellwert zur Steuerung der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter T1, T2. Der erste Stellwert wird in dem 14 Bit-Datenregister S1 gespeichert und von der Treiberschalter TR ausgelesen, die Steuersignale für die Basis- bzw.- Gate-Elektrode der Halbleiterschalter T1, T2 generiert. Die erste Regelschleife wird in Zeitabständen von jeweils 1 ms ausgeführt. Das heißt, nach jeweils 1 ms wird mittels des ersten Tiefpasses R3, C3 ein neuer Istwert in den Proportional-Integral-Regler IR eingespeist, mit dem vorgebbaren Sollwert SW verglichen und ein aktualisierter erster Stellwert in das Datenregister S1 geschrieben.
In Figur 2 ist die Frequenzabhängigkeit des Halbbrückenstroms qualitativ dargestellt. Bei der Frequenz fl besitzt die Leuchtstofflampe ihre größte Helligkeit und der Lichtstrom beträgt daher 100% ihres Nennlichtstroms. Wird die Frequenz erhöht, so nimmt der Halbbrückenstrom und damit auch die Leistungsaufnahme sowie der Lichtstrom der Leuchtstofflampe ab. In dem Frequenzbereich Δf, der einem Lichtstrom von ca. 25% bis 10% des Nennlichtstroms entspricht, zeigt der Halbbrückenstrom eine extrem starke Frequenzabhängigkeit, so dass in diesem Bereich instabile Betriebszustände auftreten können.
Um Oszillationen der Leuchtstofflampe zwischen mehreren Betriebszuständen zu vermeiden, wird mittels des zweiten Tiefpassfilters R4, C4, des Differentiellen Reglers DR, des Datenspeichers S2 und des Datenregisters S1 eine zweite Regelschleife realisiert, die deutlich schneller durchlaufen wird als die erste Regelschleife. Mittels des Tiefpassfilters R4, C4 werden in Zeitintervallen von 100 µs Änderungen des durch den Widerstand R2 fließenden Halbbrückenstroms detektiert. Der Differentielle Regler DR führt in zeitlichen Abständen von 100 µs einen Soll-Istwertvergleich durch, wobei als Istwert der jeweils aktuelle, vom Tiefpassfilter R4, C4 ausgewertete Halbbrückenstrom verwendet wird und als Sollwert der im Datenspeicher S2 temporär gespeicherte Istwert des jeweils unmittelbar vorangegangenen Zeitintervalls herangezogen wird. In Abhängigkeit von dem Soll-Istwertvergleich wird von dem Differentiellen Regler DR ein zweiter Stellwert generiert, der dem 14 Bit-Datenregister S1 zugeführt und zu dem ersten Stellwert addiert wird. Aus der Summe der beiden Stellwerte ermittelt die Treiberschaltung TR Signale zur Frequenzsteuerung der Halbleiterschalter T1, T2. Mittels der zweiten Regelschleife wird der Halbbrückenstrom und damit die Leistungsaufnahme sowie die Helligkeit der Leuchtstofflampe auf den gewünschten Wert stabilisiert.
Da Oszillationen zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen nur in dem oben erwähnten kritischen Betriebsbereich von ca. 25% bis 10% des Nennlichtstroms der Leuchtstofflampe zu erwarten sind, kann der Differentielle Regler DR außerhalb dieses kritischen Betriebsbereiches deaktiviert werden. Dieses geschieht dadurch, dass der Istwert der zweiten Regelschleife vor dem Soll-lstwertvergleich mit einem Verstärkungsfaktor K multipliziert wird, der abhängig von der gewählten Helligkeitsstufe, das heißt, von dem Sollwert SW der ersten Regelschleife, ist. Beim Betrieb der Leuchtstofflampe LP mit mehr als 25% ihres Nennlichtstroms kann der Verstärkungsfaktor K auf Null reduziert werden.
Beide Regler IR, DR sind als Algorithmen eines programmgesteuert arbeitenden Mikroprozessors ausgebildet, der Bestandteil der Steuervorrichtung ST ist. Gemäß eines weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind das erste C3, R3 und zweite Tiefpassfilter C4, R4 durch jeweils ein digitales Filter ersetzt, wobei das erste digitale Filter die Funktion des ersten Tiefpassfilters C3, R3 und das zweite digitale Filter die Funktion des zweiten Tiefpassfilters C4, R4 übernimmt. Die digitalen Filter sind als Bestandteil der Steuervorrichtung ST und insbesondere als Bestandteil des vorgenannten, programmgesteuert arbeitenden Mikroprozessors ausgebildet. Beide digitalen Filter werten den durch die Brückenschaltung fließenden Strom, das heißt, den Spannungsabfall am Widerstand R2, aus. Ihre Filtereigenschaften sind durch die im Mikroprozessor implementierte Software bestimmt. In allen anderen Details stimmt dieses Ausführungsbeispiel mit dem oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiel überein.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben von Leuchtstofflampen mit Hilfe eines Vorschaltgerätes, das einen Wechselrichter mit Halbleiterschaltern (T1, T2), die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, und mit einer Steuervorrichtung (ST) für die Halbleiterschalter (T1, T2) und mindestens einen an den Wechselrichter angeschlossenen, als Resonanzkreis ausgebildeten Lastkreis aufweist, in dem mindestens eine Leuchtstofflampe (LP) betrieben wird, wobei die mindestens eine Leuchtstofflampe (LP) von dem Wechselrichter mit einem hochfrequenten Strom beaufschlagt wird und die Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe (LP) mittels einer ersten Regelschleife durch Variieren der Frequenz des hochfrequenten Stroms auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mittels einer zweiten Regelschleife, die in kürzeren Zeitintervallen durchlaufen wird als die erste Regelschleife, die Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe (LP) auf den vorgebbaren Wert stabilisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der ersten Regelschleife ein in seiner Größe einstellbarer Sollwert in vorgegebenen Zeitabständen mit einem lstwert verglichen wird, der aus der zeitlich gemittelten Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe (LP) abgeleitet wird, und daraus ein erster Stellwert für die Steuervorrichtung (ST) gebildet wird, und wobei zur Durchführung der zweiten Regelschleife in vorgegebenen Zeitintervallen, die kürzer als die Zeitabstände der ersten Regelschleife sind, die Änderung der Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe (LP) zur Erzeugung eines zweiten Stellwertes für die Steuervorrichtung (ST) ausgewertet wird, und beide Stellwerte zum Erzeugen von Steuersignalen für die Regelung der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter (T1, T2) ausgewertet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der ersten Regelschleife ein in seiner Größe einstellbarer Sollwert (SW) in vorgegebenen Zeitabständen mit einem Istwert verglichen wird, der aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet wird, und wobei zur Durchführung der zweiten Regelschleife in vorgegebenen Zeitintervallen, die kürzer als die Zeitabstände der ersten Regelschleife sind, die Änderung des durch die Brückenschaltung fließenden Stroms ausgewertet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert für die erste Regelschleife mittels eines ersten Tiefpassfilters (R3, C3) aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert für die erste Regelschleife mittels eines ersten digitalen Filters aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet wird.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Regelschleife ein Soll-Istwertvergleich durchgeführt wird, wobei am Ende eines jeden vorgegebenen Zeitintervalls aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom ein Istwert abgeleitet wird und dieser mit dem als Sollwert dienenden, Istwert des unmittelbar vorangegangenen Zeitintervalls verglichen wird und daraus der zweite Stellwert für die Steuervorrichtung generiert wird.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert für die zweite Regelschleife mittels eines zweiten Tiefpassfilters (R4, C4) aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet wird, wobei die Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters kleiner als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters ist.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert für die zweite Regelschleife mittels eines zweiten Tiefpassfilters (R4, C4) aus dem durch die Brückenschaltung fließenden Strom abgeleitet wird, wobei die Zeitkonstante des zweiten Tiefpassfilters kleiner als die Zeitkonstante des ersten Tiefpassfilters ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Zeitabstände der ersten Regelschleife eine Länge von 1 ms bis 2 ms besitzen.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Zeitintervalle der zweiten Regelschleife eine Länge von 50 µs bis 200 µs besitzen.
  11. Vorschaltgerät zum Betrieb von Leuchtstofflampen, wobei das Vorschaltgerät einen Wechselrichter mit Halbleiterschaltern (T1, T2), die in einer Brückenschaltung angeordnet sind, eine Steuervorrichtung (ST) für die Halbleiterschalter (T1, T2) und mindestens einen an den Wechselrichter angeschlossenen, als Resonanzkreis ausgebildeten Lastkreis mit Anschlüssen für mindestens eine Leuchtstofflampe (LP) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (ST) Mittel zur Variation der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter (T1, T2) besitzt, um die Leistungsaufnahme der mindestens einen Leuchtstofflampe (LP) auf einen vorgebbaren Wert einzustellen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung Mittel (R4, C4, DR, S2) zur Stabilisierung der Leistungsaufnahme (LP) der mindestens einen Leuchtstofflampe (LP) auf den vorgebbaren Wert besitzt.
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