EP1465465A2 - Electronic ballast with a full-bridge circuit - Google Patents

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EP1465465A2
EP1465465A2 EP20040013891 EP04013891A EP1465465A2 EP 1465465 A2 EP1465465 A2 EP 1465465A2 EP 20040013891 EP20040013891 EP 20040013891 EP 04013891 A EP04013891 A EP 04013891A EP 1465465 A2 EP1465465 A2 EP 1465465A2
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Abstract

The device has a full bridge circuit supplied with a d.c. voltage (UBUS) with the lamp (LA) connected as the load for the bridge and a control circuit (T1, T2) alternately switching one diagonal voltage on and switching the other off. Both diagonals of the full bridge circuit have a regulated constant current source (OP1, OP2, S2, S4) for regulating the lamp current. Independent claims are also included for the following: a method of controlling the brightness of a gas discharge lamp.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Vollbrückenschaltung zum Steuern des Betriebsverhaltens und der Helligkeit einer Gasentladungslampe bzw. ein Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Gasentladungslampe. The present invention relates to an electronic ballast with a full bridge circuit for controlling the operating behavior and the brightness of a gas discharge lamp and a method for controlling the brightness of a gas discharge lamp.

Elektronische Vorschaltgeräte mit Vollbrückenschaltungen werden vorzugsweise zum Betreiben von Hochdruckgasentladungslampen verwendet, finden aber auch für Niederdruckentladungslampen oder Leuchtstoffröhren Verwendung. Electronic ballasts with full bridge circuits are preferably used for operating high-pressure gas discharge lamps, but can also be found for low-pressure discharge lamps or fluorescent tubes use. Dabei bietet der Einsatz einer Vollbrückenschaltung die Möglichkeit, die Lampen mit einem - ggf. mit niedriger Frequenz umgepolten - Gleichstrom zu betreiben, wodurch das Entstehen von störenden elektromagnetischen Wechselfeldern reduziert werden kann. Here, the use of a full bridge circuit offers the possibility of the lamps with a - to operate direct current, whereby the occurrence can be reduced by interfering electromagnetic alternating fields - possibly reversed polarity with low frequency. Ferner ist in diesem Fall der sich durch die Hochfrequenz-Leitungsimpedanzen ergebende Einfluß der Lampenverdrahtung auf den Betrieb vernachlässigbar. Further, in this case, the resulting by the high-frequency line impedances influence of the lamp wiring to the operation is negligible. Vorschaltgeräte mit Vollbrückenschaltungen sind beispielsweise in der DE 44 01 630 A1 oder der AT 392 384 B beschrieben. Ballasts with full bridge circuits are described for example in DE 44 01 630 A1 or AT 392384 B.

Das Grundprinzip einer Vollbrückenschaltung ist in Fig. 6 dargestellt und soll im folgenden kurz erläutert werden. The basic principle of a full bridge circuit is shown in Fig. 6 and will be explained briefly in the following. Die Vollbrückenschaltung wird durch vier steuerbare Schalter S1 bis S4, bei denen es sich im vorliegenden Beispiel um Feldeffekttransistoren handelt, gebildet, wobei die beiden ersten Schalter S1und S2 eine erste Halbbrücke und die beiden Schalter S3 und S4 eine zweite Halbbrücke bilden. The full bridge circuit is formed by four controllable switches S1 to S4, which is field-effect transistors in the present example, the first two switches S1 and S2 form a first half bridge and the two switches S3 and S4, a second half-bridge. Als Last der Vollbrückenschaltung ist in deren Diagonalzweig ein aus einer Induktivität L und einer Kapazität C bestehender Serienresonanzkreis angeordnet, dh die Serienschaltung aus der Induktivität L und dem Kondensator C verbindet den gemeinsamen Knotenpunkt zwischen den beiden Schaltern S1 und S2 der ersten Halbbrücke mit dem gemeinsamen Knotenpunkt zwischen den beiden Schaltern S3 und S4 der zweiten Halbbrücke. As a load of the full bridge circuit in whose diagonal branch of an existing of an inductance L and a capacitance C series resonance circuit is disposed, that is, the series circuit of the inductance L and the capacitor C connects the common node between the two switches S1 and S2 of the first half bridge with the common node between the two switches S3 and S4 of the second half bridge. Parallel zu dem Kondensator C ist die Gasentladungslampe LA angeordnet. Parallel with the capacitor C, the gas discharge lamp LA is located. Der Eingang der Vollbrückenschaltung wird mit einer Gleichspannung U BUS gespeist, der Ausgang der Vollbrückenschaltung ist über einen Widerstand R mit Masse verbunden. The input of the full bridge circuit is fed with a BUS DC voltage U, the output of the full bridge circuit is connected via a resistor R to ground.

Das Ansteuern der vier Schalter S1 bis S4 erfolgt durch zwei Treiberschaltungen T1 und T2, denen wiederum von einer Regelschaltung 6 die entsprechenden Steuerbefehle zum Ansteuern der Schalter S 1 bis S4 übermittelt werden. Driving the four switches S1 to S4 is carried by two driver circuits T1 and T2, which, in turn, the corresponding control commands from a control circuit 6 is transmitted to drive the switches S 1 to S4. Das Ansteuern der vier Schalter S 1 bis S4 erfolgt in der Regel auf folgende Weise: Zunächst werden in einer ersten Phase die eine erste Brückendiagonale bildenden Schalter S1 und S4 aktiviert, während die beiden die zweite Brückendiagonale bildenden Schalter S3 und S2 geöffnet werden. Driving the four switches S 1 to S4 is generally carried out in the following manner: First, a first bridge diagonal forming switches S1 and S4 activated in a first phase, while the two second bridge diagonal forming switch S3 and S2 opened. In dieser ersten Phase erfolgt ein Stromfluß vom Eingang der Vollbrückenschaltung über den ersten Schalter, den aus dem Serienresonanzkreis und der Gasentladungslampe LA bestehenden Lastkreis sowie den Schalter S4. In this first phase, a current flow from the input of the full bridge circuit via the first switch, the group consisting of the series resonant circuit and the gas discharge lamp load circuit LA, and the switch S4 is carried out. Dabei wird einer der beiden Schalter, beispielsweise der Schalter S1 permanent geschlossen, während der Schalter S4 hochfrequent getaktet wird. One of the two switches such as the switch S1 is permanently closed, while the switch S4 is clocked at high frequency. Bei gleichbleibender Schaltfrequenz des Schalters S4 wird durch Veränderung des Tastverhältnisses die der Lampe LA zugeführte Leistung erhöht oder reduziert. At a constant switching frequency of the switch S4 is increased to the lamp LA power supplied by varying the duty cycle or reduced. In einer zweiten Phase werden dann die Schalter S1 und S4 der ersten Brückendiagonalen geöffnet, während nun in analoger Weise die Schalter S3 und S2 der zweiten Brückendiagonale aktiviert werden, dh der Schalter S3 wird permanent geschlossen, während der Schalter S2 mit einem der gewünschten Leistung entsprechenden Tastverhältnis hochfrequent taktet. In a second phase, the switches S1 and S4 of the first bridge diagonal then be opened, while now the switches S3 and S2 of the second bridge diagonal are activated in an analogous manner, that is, the switch S3 is permanently closed while the switch S2 corresponding to a desired performance duty cycle high frequency clocks. Das Wechseln zwischen den beiden Brückendiagonalen hat zur Folge, daß die Richtung des Stroms durch die Lampe LA permanent wechselt, wodurch Quecksilberablagerungen an einer Elektrode vermieden werden und die Lebensdauer der Lampe erhöht wird. Switching between the two bridge diagonals has the consequence that the direction of current permanently replaced by the lamp LA, whereby mercury deposits are avoided at one electrode, and the life of the lamp is increased. Die Steuerung der Vollbrückschaltung wird durch die Steuerschaltung 6 übernommen, der zum einen ein der gewünschten Lampenhelligkeit entsprechender Sollwert I SOLL und zum anderen die über den Shunt-Widerstand R abfallende Spannung über die Eingangsleitung 7 als Istwert zugeführt wird. The control of the full bridge circuit is taken over by the control circuit 6, which on the one hand a desired lamp brightness corresponding setpoint I SOLL and the other is supplied to the voltage drop across the shunt resistor R voltage on the input line 7 as an actual value. Entsprechend dem Vergleichsergebnis zwischen Istwert und Sollwert erzeugt die Steuerschaltung 6 Steuerbefehle, die über die Leitungen 8 1 bis 8 4 den beiden Treiberschaltungen T1 und T2 zugeführt werden, die wiederum die Steuerbefehle in entsprechende Signale zum Ansteuern der Gates der vier Feldeffekttransistoren S 1 bis S4 umsetzen. According to the result of comparison between actual value and setpoint value, the control circuit 6 control commands via the lines 8 1 to 8 4 fed to the two driver circuits T1 and T2, which in turn implement the control commands into corresponding signals for driving the gates of the four field-effect transistors S1 to S4 ,

Der getaktete Schalter der jeweils aktiven Brückendiagonalen wird mit einer Frequenz von ca. 20 bis 50 kHz geöffnet und geschlossen. The clocked switches of the active bridge diagonal is opened at a frequency of about 20 to 50 kHz and closed. Aufgrund dieser Hochfrequenztaktung fließen parasitäre Ströme über die Lampenleitungs-Kapazitäten, welche eine genaue Regelung der Lampenhelligkeit insbesondere bei sehr niedrigen Dimmwerten unmöglich machen, mit der Folge, daß bei sehr niedrigen Dimmwerten ein unerwünschtes, für das Auge merkliches Flackern der Lampenhelligkeit auftritt. Because of this high frequency clocking flow parasitic currents via the lamp line capacitances, which make precise control of lamp brightness, particularly at very low dimming levels impossible, with the result that an undesirable, perceptible to the eye flickering of the lamp brightness occurs at very low dimming levels.

Eine andere Schaltung zur Ansteuerung ist aus der EP 0 633 711 A1 bekannt. Another circuit for controlling is known from EP 0633711 A1. Diese Schaltung weist wiederum einen Vollbrückenschaltung auf, zu der die Lampe in Last geschaltet ist. Again, this circuit has a full-bridge circuit, to which the lamp is connected in load. Die Steuerung der Lampenhelligkeit erfolgt nunmehr allerdings nicht durch eine Variation der Ansteuerfrequenz, sondern durch ein Steuern des der Vollbrückenschaltung zugeführten Stroms. The control of the lamp brightness will now be given, however, not by varying the driving frequency, but by controlling the current supplied to the full-bridge circuit current. Hierzu ist am Eingang der Vollbrückenschaltung eine regelbare Konstantstromquelle in Form eines Transistors angeordnet, der von einer Steuerschaltung in geeigneter Weise angesteuert wird. For this purpose, the input of the full bridge circuit a controllable constant current source is arranged in the form of a transistor which is controlled by a control circuit in a suitable way. Die Schaltelemente der Vollbrückenschaltung werden in diesem Fall lediglich derart angesteuert, das eine regelmäßige Richtungsänderung des Stromflusses erfolgt. The switching elements of the full bridge circuit are controlled in this case, only such that are regularly changing the direction of current flow.

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung kann zwar der der Vollbrückenschaltung zugeführte Strom auf sehr niedrige Werte herabgeregelt werden, da allerdings die Konstantstromquelle am Eingang der Vollbrückenschaltung angeordnet ist, ist die Genauigkeit bei der Regelung des Lampenstroms selbst begrenzt. In this known circuit arrangement, although the current supplied to the full bridge circuit current to very low values ​​can be reduced regulated, however, since the constant current source is arranged at the input of the full bridge circuit, the accuracy itself is limited in the regulation of the lamp current. Ferner können bei dieser bekannten Variante an dem als Konstantstromquelle verwendeten Transistor verhältnismäßig hohe Verlustströme auftreten. Furthermore, relatively high leakage currents can occur in this known variant where used as a constant current source transistor.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Vollbrückenschaltung anzugeben, welches ein Dimmen der Gasentladungslampe über einen sehr weiten Bereich ermöglicht. It is therefore an object of the present invention to provide an electronic ballast with a full bridge circuit, which enables dimming of the gas discharge lamp over a very wide range. Ferner sollen Flackererscheinungen bei sehr niedrigen Dimmwerten sowie Verlustleistungen weitestgehend vermieden werden. Furthermore flickering to be largely avoided at very low dimming levels and power losses.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Gasentladungslampe gemäß Anspruch 1 sowie durch ein elektronisches Vorschaltgerät, welches die Merkmale des Anspruches 5 aufweist, gelöst. The object is achieved by a method for controlling the brightness of a gas discharge lamp according to claim 1 and by an electronic ballast, comprising the features of claim 5.

Das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät weist eine mit einer Gleichspannung gespeiste Vollbrückenschaltung auf, wobei die Gasentladungslampe Bestandteil eines als Last der Vollbrückenschaltung geschalteten Resonanzkreises ist. The electronic ballast according to the invention comprises a powered with a DC voltage full-bridge circuit, wherein the gas discharge lamp is part of a connected as load of the full bridge circuit the resonant circuit. Eine Steuerschaltung schaltet jeweils abwechselnd eine Brückendiagonale der Vollbrückenschaltung ein und die andere Brückendiagonale aus. A control circuit switches alternately a bridge diagonal of the full bridge circuit, and the other bridge diagonal of. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die beiden Brückendiagonalen jeweils eine regelbare Konstantstromquelle zur Regelung des Lampenstroms aufweisen. According to the invention it is proposed that the two bridge diagonals have each a regulatable constant current source for controlling the lamp current. In einem ersten Betriebsmodus, der bei niedriger Lampenhelligkeit Verwendung findet, erfolgt dann die Regelung des Lampenstroms durch die beiden regelbaren Konstantstromquellen der Brückendiagonalen, wobei die Induktivität des Lastkreises in diesem Fall aufgrund des Gleichstromes nicht wirksam ist, sondern nur deren ohmscher Gleichstromwiderstand. In a first mode of operation is used at low lamp brightness, then, the regulation of the lamp current through the two regulatable constant current sources of the bridge diagonal, wherein the inductance of the load circuit is in this case due to the DC current is not effective, but only the ohmic dc resistance. In einem zweiten Betriebsmodus hingegen bei hoher Lampenhelligkeit erfolgt die Steuerung der der Lampe zugeführten Leistung in bekannter Weise durch eine Veränderung des Tastverhältnisses bei konstanter hoher Frequenz. In a second operational mode at high lamp brightness, however, the control of the lamp power applied in a known manner by varying the duty cycle at a constant high frequency.

Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird also bei niedriger Lampenhelligkeit während der Einschaltzeit einer Brückendiagonalen auf ein hochfrequentes Takten eines Schalters verzichtet. According to the inventive solution of a bridge diagonal is dispensed with a high-frequency clocking of a switch So at low lamp brightness during the ON time. Statt dessen wird die Lampe während der Einschaltzeit einer Brückendiagonalen mit einem geregelten Gleichstrom betrieben, wodurch das Problem der parasitären Ströme aufgrund der hochfrequenten Schaltvorgänge vermieden wird. Instead, the lamp is operated during the on a bridge diagonal with a regulated DC power, whereby the problem of parasitic currents is avoided due to the high frequency switching. Dadurch wird erreicht, daß auch bei sehr niedrigen Helligkeitswerten sehr genau auf einen konstanten Lampenstrom geregelt werden kann und somit ein Flackern der Lampe unterdrückt wird. It is thereby achieved that can also be controlled at very low brightness values ​​very accurately to a constant lamp current, and thus flickering of the lamp is suppressed. Das niederfrequente Umschalten zwischen den beiden Brückendiagonalen wird allerdings beibehalten und erfolgt vorzugsweise mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz, also mit einer Frequenz über der Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Auges, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 700 Hz und 2000 Hz. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, bei einem Lampenbetrieb bei sehr niedriger Helligkeit auf das Umschalten zwischen den beiden Brückendiagonalen zu verzichten, da die durch den kleinen Lampenstrom verursachte Quecksilberwanderung minimal ist und durch die im Lampenplasma stattfindende natürliche Diffusion ausgeglichen wird. The low-frequency switching between the two bridge diagonals is however maintained, and is preferably carried out at a frequency of more than 100 Hz, ie at a frequency above the threshold of perception of the human eye, in particular with a frequency between 700 Hz and 2000 Hz. In addition, there is the possibility to dispense with a lamp operation at a very low brightness on the switching between the two bridge diagonals, as the mercury migration caused by the small lamp current is minimal and is compensated by the taking place in the lamp plasma natural diffusion. Bei hoher Lampenhelligkeit hingegen erfolgt die Regulierung der Lampenleistung in bekannter Weise, was den Vorteil mit sich bringt, dass Verlustströme, die andernfalls an den regelbaren Konstantstromquellen bei hoher Lampenleistung auftreten würden, vermieden werden. At high lamp brightness contrast, the regulation of the lamp power in a known manner, which brings with it the advantage that leakage currents that would otherwise occur on the adjustable constant current sources at high lamp power, avoiding done.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen zur Steuerung der Helligkeit einer Gasentladungslampe zwei Betriebsmodi zum Einsatz, wobei die Gasentladungslampe in dem ersten Betriebsmodus bei niedriger Lampenhelligkeit mit einer geregelten Gleichspannung und in einem zweiten Betriebsmodus bei hoher Lampenhelligkeit mit einem dem Tastverhältnis entsprechenden Gleichstrom mit überlagertem Rippelstrom betrieben wird. According to the inventive methods are to control the brightness of a gas discharge lamp, two modes of operation for use, the gas discharge lamp is operated in the first operational mode at low lamp brightness at a controlled DC voltage and in a second operational mode at high lamp brightness with a corresponding to the duty cycle DC with superimposed ripple current.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In the following the invention with reference to the accompanying drawings is to be explained in more detail. Es zeigen: Show it:

  • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vollbrückenschaltung, die nicht Gegenstand der Ansprüche ist; Fig. 1 shows an embodiment of a full bridge circuit, which is not covered by the claims;
  • Fig. 2 ein Blockschaltbild eines ersten Vorschaltgerätes, bei dem die in Fig. 1 dargestellte Vollbrückenschaltung zur Anwendung kommt; Fig. 2 is a block diagram of a first ballast, in which the full bridge circuit shown in Figure 1 is applied.
  • Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zweiten Vorschaltgeräts, bei dem die in Fig. 1 dargestellte Vollbrückenschaltung zur Anwendung kommt; Fig. 3 is a block diagram of a second ballast, in which the full bridge circuit shown in Figure 1 is applied.
  • Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vollbrückenschaltung; FIG. 4 shows an embodiment of a full-bridge circuit according to the invention;
  • Fig. 5 ein Blockschaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes, bei dem die in Fig. 4 dargestellte Vollbrückenschaltung zur Anwendung kommt; Figure 5 is a block diagram of an electronic ballast, in which the full bridge circuit shown in Figure 4 is used..; und and
  • Fig. 6 eine bekannte Vollbrückenschaltung. Fig. 6 is a known full-bridge circuit.

Die Anordnung der vier Feldeffekttransistoren S1 bis S4 der in Fig. 1 dargestellten Vollbrücke ist identisch zu der bekannten Anordnung aus Fig. 6. Wiederum wird an den Eingang der Vollbrückenschaltung eine Gleichspannung U BUS angelegt, den Ausgang der Vollbrückenschaltung bildet ein mit Masse verbundener Shunt-Widerstand R. Als Last ist nunmehr jedoch lediglich die Gasentladungslampe LA geschaltet, die Elemente eines Resonanzkreises sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht mehr vorhanden. The arrangement of four field-effect transistors S1 to S4 of the full bridge shown in Fig. 1 is identical to the known arrangement of FIG. 6. is again applied to the input of the full bridge circuit, a DC voltage V BUS, the output of the full bridge circuit forms a connected to ground shunt resistor R. when the load is, however, now only connected in the gas discharge lamp LA, the elements of a resonant circuit are no longer present in the first embodiment. Ein Umschalten zwischen den beiden Brückendiagonalen erfolgt wiederum durch die beiden Treiberschaltungen T1 und T2, welche die vier Feldeffekttransistoren S1 bis S4 in geeigneter Weise ansteuern. Switching between the two bridge diagonals carried out in turn by the two driver circuits T1 and T2, which drive in a suitable manner, the four field-effect transistors S1 to S4. Die Regelung der Lampenhelligkeit erfolgt nun allerdings nicht mehr durch ein entsprechendes Ein- und Ausschalten der Schalter S1 bis S4 durch die Treiberschaltungen T1 und T2, sondern durch Ansteuern der in den Brückendiagonalen angeordneten Feldeffekttransistoren S2 und S4 als regelbare Konstantstromquellen. However, the control of the lamp brightness will no longer by a corresponding switching on and off the switches S1 to S4 through the driving circuits T1 and T2, but by driving the arranged in the bridge diagonal field effect transistors S2 and S4 as a controllable constant current sources. Dazu werden diese beiden Feldeffekttransistoren S2, S4 von jeweils einem Operationsverstärker OP1 bzw. OP2 in ihrem Aussteuerbereich betrieben. To this end, these two field effect transistors S2, S4 operated by a respective operational amplifiers OP1 and OP2 in their dynamic range. Sie bilden damit einen Widerstand, der mit der Lampe LA in Serie geschaltet ist und auf diese Weise einen Arbeitspunkt für die Lampe LA definiert. so that they form a resistance which is connected with the lamp LA in series and thus defines an operating point for the lamp LA.

Die regelbaren Konstantstromquellen, bzw. die beiden Transistor-Präzisionsstromquellen werden also durch die beiden unteren Feldeffekttransistoren S2 und S4 der beiden Halbbrücken sowie die beiden jeweils den entsprechenden Feldeffekttransistoren S2 bzw. S4 ansteuernden Operationsverstärker OP1 bzw. OP2 gebildet. The adjustable constant current sources, or the two transistor-precision current sources so are the two lower field effect transistors S2 and S4 of the two half bridges, each formed both the respective field effect transistors S2 and S4, which drives the operational amplifiers OP1 and OP2, respectively. Über eine Rückkopplungsleitung 9 1 bzw. 9 2 wird der durch den jeweiligen Feldeffekttransistor S2 oder S4 fließende Strom dem Operationsverstärker OP1, OP2 als Istwert zugeführt, das zweite Eingangssignal bildet ein der gewünschten Lampenhelligkeit entsprechender Sollwert I SOLL , der beispielsweise den beiden Operationsverstärkern OP1, OP2 durch eine Dimmschaltung oder dergleichen zugeführt werden kann. Via a feedback pipe 9 1 and 9 2 formed by the respective field effect transistor S2 or S4 current flowing to the operational amplifier OP1, OP2 is supplied as an actual value, the second input signal forms a desired lamp brightness corresponding setpoint I SOLL, for example, the two operational amplifiers OP1, OP2 can be supplied through a dimming circuit or the like. Die beiden Operationsverstärker OP1 und OP2 wirken als Regler, die den durch die beiden Feldeffekttransistoren S2 bzw. S4 fließenden Strom auf einem dem Sollwert I SOLL entsprechenden Wert einstellen. The two operational amplifiers OP1 and OP2 function as regulators which adjust the current flowing through the two field effect transistors S2 and S4 current at a the target value I SOLL appropriate value.

Den beiden Treiberschaltungen T1 und T2 werden die zum Umschalten zwischen den beiden Brückendiagonalen benötigten Steuerbefehle in gewohnter Weise durch eine (nicht dargestellte) Steuerschaltung zugeführt. The two driver circuits T1 and T2 required for switching over between the two bridge diagonals control commands are supplied in the usual way by a (not shown) control circuit. Auch hier erfolgt ein niederfrequentes Wechseln zwischen den beiden Brückendiagonalen, um die sich bei einem einseitigen Gleichstrombetrieb ergebende Quecksilberwanderung in der Lampe LA zu reduzieren. Here, too, a low-frequency switching between the two bridge diagonals, to reduce the resultant with a one-sided direct current operation mercury migration in the lamp LA.

Da die Regelung des Lampenstroms und damit der Lampenhelligkeit durch die beiden regelbare Konstantstromquellen erfolgt, kann auf den Einsatz einer strombegrenzenden Induktivität verzichtet werden. Since the regulation of the lamp current and hence the lamp brightness is performed by the two adjustable constant current sources, can be dispensed with the use of a current limiting inductor. Um allerdings die Verlustleistungen an den beiden Feldeffekttransistoren S2 und S4 der beiden regelbaren Konstantstromquellen möglichst gering zu halten, sollte die an ihnen abfallende Spannung relativ gering sein. However, in order to keep the power losses at the two field effect transistors S2 and S4 of the two regulatable constant current sources as small as possible, the falling on them voltage should be relatively low. Gleichzeitig sollte sie jedoch einen gewissen Mindestwert haben, um zu gewährleisten, daß die beiden Feldeffekttransistoren S2 und S4 in ihrem linearen Bereich betrieben werden um somit eine effektive Regelung des Stroms zu ermöglichen. At the same time it should have a certain minimum value to ensure that the two field effect transistors S2 and S4 are operated in their linear region so as to allow effective control of the current.

Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Vollbrückenschaltung eine Gleichspannung U BUS zugeführt wird, die nur geringfügig höher als die über die Gasentladungslampe LA fallende Spannung ist, da der Überschuß der Gleichspannung U BUS zwangsläufig an den beiden Transistoren S2 bzw. S4 abfällt. This can be achieved in that the full bridge circuit, a DC voltage U BUS is supplied, which is only slightly higher than that on the gas discharge lamp LA falling voltage, since the excess of the DC voltage U BUS falls necessarily on the two transistors S2 and S4. Aus diesem Grund weist das Vorschaltgerät ferner eine Regelschaltung 1 auf, der über die beiden Eingangsleitungen 10 1 bzw. 10 2 die über den Feldeffekttransistor S2 oder S4 der jeweils aktiven Brückendiagonale abfallende Spannung als Istwert zugeführt wird. For this reason also, the ballast has a control circuit 1, the voltage dropped across the field effect transistor S2 or S4 of the active bridge diagonal voltage is supplied as an actual value via the two input lines 10 1 and 10. 2 Dieser Istwert wird mit einem Sollwert I FETsoll , der dem Wert entspricht, der eine besonders effektive Stromregelung ermöglicht, verglichen. This actual value is compared with a desired value I FETsoll corresponding to the value which allows a particularly effective flow control. Auf der Grundlage dieses Vergleichs erzeugt die Regelschaltung 1 ein Steuersignal, welches zur Regelung der Gleichspannung U BUS verwendet wird. On the basis of this comparison, the control circuit 1 generates a control signal which is used to control the DC voltage U BUS.

Dies ist in Fig. 2 dargestellt, welche das Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts zeigt. This is illustrated in Fig. 2, which shows the block circuit diagram of a ballast. Den Eingang des Vorschaltgeräts bildet eine mit einer Wechselspannungsquelle verbundene Gleichrichterschaltung 11, beispielsweise ein Vollbrückengleichrichter, die einem ersten Schaltregler 3 eine gleichgerichtete Wechselspannung U 0 zuführt. The input of the ballast forms a connected to an AC power source rectifier circuit 11, for example a full bridge rectifier, a rectified AC voltage U 0 supplies a first switching regulator. 3 Dieser erste Schaltregler 3 wird durch einen Hochsetzsteller gebildet, der eine hohe Zwischenkreisspannung U Z erzeugt, die einem zweiten Schaltregler 4 zugeführt wird. This first switching regulator 3 is formed by a boost converter, which generates a high intermediate circuit voltage U Z, which is fed to a second switching regulator. 4 Dieser zweite Schaltregler 4 ist ein Tiefsetzsteller, der die hohe Zwischenkreisspannung U Z auf den benötigten niedrigeren Wert für die Gleichspannung U BUS herabsetzt. This second switching regulator 4 is a buck converter which lowers the high intermediate circuit voltage U Z to the required lower value for the DC voltage U BUS. Mit dem Bezugszeichen 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Vollbrückenschaltung bezeichnet. The reference numeral 2, the full bridge circuit shown in Fig. 1 is referred to.

Wie in Fig. 2 dargestellt, steuert die Regelschaltung 1 den Tiefsetzsteller 4 an, und zwar in einer Art und Weise, daß dieser eine Gleichspannung U BUS erzeugt, welche wie vorgesehen nur knapp oberhalb der Lampenspannung LA liegt, so daß die über die beiden Transistoren S2 bzw. S4 abfallende Spannung dem Sollwert U FETsoll entspricht. As shown in Fig. 2, 1 controls the control circuit of the step-down chopper 4 to, in a way that the latter generates a DC voltage U BUS, which is as provided just above the lamp voltage LA, so that via the two transistors S2 and S4, respectively falling voltage corresponds to the desired value U FETsoll. Alternativ dazu bestünde auch die Möglichkeit, den Spannungsabfall über die Gasentladungslampe LA zu messen und auf Grundlage dieses Werts ein Regelsignal zum Ansteuern des Tiefsetzstellers zu erzeugen. Alternatively, it would also be possible to measure the voltage drop across the gas discharge lamp LA and generate a control signal for driving the step-down converter based on this value.

Eine weitere Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Another possibility is shown in Fig. 3. Hier wird die Glättungsschaltung zum Erzeugen der Gleichspannung U BUS nicht durch zwei in Serie geschaltete Schaltregler erzeugt, sondern durch einen Buck-Boost-Converter 5, in dem die Funktionen der in Fig. 2 dargestellten Schaltregler 3 und 4 in einer Schaltung vereinigt sind. Here, the smoothing circuit is not generated for generating the DC voltage U BUS by two series-connected switching regulators, but by a buck-boost converter 5 in which the functions of the switching regulator shown in FIG. 2 are combined in one circuit 3 and 4. Diese Integration ist möglich, da die Anforderungen an die Regelgeschwindigkeit der Glättungsschaltung relativ gering sind und somit nicht das Entstehen von Oberwellen am Eingang des Vorschaltgeräts aufgrund schneller Änderungen von Frequenz und/oder Tastverhältnis zu befürchten ist. This integration is possible because the requirements are relatively low at the control rate of the smoothing circuit and thus not the generation of harmonics at the input of the ballast is to be feared due to rapid changes in frequency and / or duty cycle.

Die Regelung des Lampenstroms durch die beiden regelbaren Konstantstromquellen hat neben der Unterdrückung von Flackererscheinungen auch zur Folge, daß bei einem Einschalten der Lampe LA bei niedriger Lampenhelligkeit kein Blitz auftreten kann, da der Strom aufgrund der beiden regelbaren Konstantstromquellen von Anfang an auf den gewünschten Wert begrenzt ist. has the control of the lamp current through the two regulatable constant current sources in addition to the suppression of flickering also means that there can be no flash in low lamp brightness with a turn on the lamp LA, since the current is limited to the desired value due to the two adjustable constant current sources from the beginning is. Somit findet ein Durchzünden der Lampe LA bei einem Strom statt, der den geringstmöglichen Wert für die Auslösung des Zündvorganges hat. Thus, a through ignition of the lamp LA takes place at a current that has the lowest possible value for triggering the ignition. Um die hierfür benötigte Zündspannung bereitzustellen, wird der Tiefsetzsteller 4 oder der Buck-Boost-Converter derart angesteuert, daß er eine maximale Ausgangsspannung, welche für die Zündung ausreichend ist, bereitstellt. To provide the required for this ignition voltage, the buck converter 4 or the buck-boost converter is controlled such that it provides a maximum output voltage which is sufficient for ignition. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Zündspule. Another option is to use an ignition coil. Mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät ist es möglich, die Gasentladungslampe auf 1/1000 ihrer maximalen Helligkeit zu dimmen und zu zünden, ohne daß dabei eine Flackererscheinung bzw. ein Einschaltblitz auftritt. With the inventive electronic ballast, it is possible to dim the gas discharge lamp to 1/1000 of its maximum brightness and light, without causing a Flackererscheinung or a starting flash occurs. Vorteilhaft ist ferner, daß die Lampenverdrahtung keinen Einfluß auf den Dimmbetrieb hat. A further advantage is that the lamp wiring has no influence on the dimming operation. Dies deshalb, da nach wie vor mit einer niedrigen Frequenz umgeschaltet wird, allerdings auf das hochfrequente Takten von Schaltern verzichtet wird und somit durch diesen "Quasi-Gleichstrom" kein Einfluß der Verdrahtungsimpedanzen besteht. This is because continues to be switched at a low frequency, however, dispense with the high-frequency clocking of switches and thus is through this "quasi-DC" No influence of the wiring impedances. Die niederfrequente Umpolfrequenz, dh der Wechsel zwischen den beiden Brückendiagonalen sollte dabei zumindest etwas über der Frequenz liegen, die vom Auge noch wahrgenommen wird, also zumindest oberhalb von 100 Hz. Besonders vorteilhaft wird eine Frequenz zwischen 700 Hz und 2000 Hz gewählt. The low Umpolfrequenz, ie the change between the two bridge diagonals should it be at least somewhat above the frequency, which is still perceived by the eye, so at least above 100 Hz. Particularly advantageously a frequency between 700 Hz and 2000 Hz is chosen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vollbrückenschaltung ist in Fig. 4 dargestellt. An embodiment of the full-bridge circuit according to the invention is shown in Fig. 4. Dieses unterscheidet sich zum einen darin, daß die Gasentladungslampe LA nun wiederum Bestandteil eines aus einer Induktivität L und einem Kondensator C bestehenden Resonanzkreises ist, der als Last der Vollbrückenschaltung geschaltet ist, und zum anderen darin, daß auf den in Fig. 1 beschriebenen Regler 1 zum Regeln der Gleichspannung U BUS verzichtet wird. This differs firstly in the fact that the gas discharge lamp LA is now in turn is part of a group consisting of an inductance L and a capacitor C resonance circuit, which is connected as load of the full bridge circuit, and on the other that to the one described in Fig. 1 Controller 1 for regulating the DC voltage V BUS will be omitted. In diesem Fall wird der Vollbrückenschaltung 2 eine in ihrer Höhe konstante Gleichspannung U BUS zugeführt, wie dies schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. In this case, the full bridge circuit 2 is constant in height DC voltage U BUS fed, as shown schematically in Fig. 5. Das in dieser Figur 5 dargestellte elektronische Vorschaltgerät weist nunmehr die Gleichrichterschaltung, einen Hochsetzsteller 3 sowie die Vollbrückenschaltung 2 auf. The illustrated in this figure 5 now, the electronic ballast rectifier circuit, a boost converter 3 and the full bridge circuit 2.

Wie auch in Fig. 1 sind bei der in Fig. 4 dargestellten Vollbrückenschaltung die beiden aus den Operationsverstärkern OP1 und OP2 sowie den dazugehörigen Feldeffekttransistoren S2 und S4 bestehenden regelbaren Konstantstromquellen vorgesehen. As in Fig. 1, the two in the illustrated in Fig. 4 full-bridge circuit composed of the operational amplifiers OP1 and OP2 and the associated field effect transistors S2 and S4 existing regulatable constant current sources provided. Aufgrund der in ihrer Höhe konstanten Gleichspannung U BUS besteht nun allerdings die Gefahr, daß bei hohen Lampenströmen, also bei hoher Helligkeit, die sich über den beiden Transistoren S2 und S4 ergebende Verlustleistung auf ein unzulässiges Maß ansteigt. Due to the constant DC voltage in height U BUS now, however, there is a risk that, at high lamp currents, ie, at high brightness, which increases the resultant to the two transistors S2 and S4 power loss to an unacceptable degree.

Um dies zu vermeiden, wird daher bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel abhängig von der zu erzielenden Lampenhelligkeit zwischen zwei unterschiedlichen Betriebsmodi unterschieden, wobei in dem Bereich niedriger Lampenhelligkeit die Ansteuerung der Lampe LA in gleicher Weise wie in Fig. 1 erfolgt, dh während der Einschaltzeit einer der beiden Brückendiagonalen wird der Lampe ein durch die entsprechende regelbare Konstantstromquelle geregelter Gleichstrom zugeführt. To avoid this, in which the discrimination in Fig. 4 embodiment shown depending on the to be achieved lamp brightness between two different modes of operation, taking place in the low lamp brightness the control of the lamp LA in the same manner as in Fig. 1, that is, during the switch-on one of the two bridge diagonal the lamp is supplied with a corresponding through the controllable constant current source controlled DC. Aufgrund der bei diesen Helligkeitswerten niedrigen Ströme, spielen die an den beiden Transistoren S2 und S4 auftretenden Verlustleistungen nur eine untergeordnete Rolle, so daß der Verzicht auf die Regelung der Gleichspannung U BUS in Kauf genommen werden kann. Due to the low brightness values of these currents, the power losses occurring at the two transistors S2 and S4 play only a minor role, so that the omission of the control of the DC voltage U BUS can be accepted.

Bei einem Lampenbetrieb mit hoher Helligkeit wird hingegen die Funktion der beiden regelbaren Konstantstromquellen unterdrückt und die vier Transistoren S1 bis S4 werden wie auch bei dem in Fig. 6 dargestellten bekannten Verfahren angesteuert. In a lamp with high brightness, however, the function of the two regulatable constant current sources is suppressed, and the four transistors S1 to S4 are controlled as well as in the example shown in Fig. 6 known methods. Dh, mit einer relativ niedrigen Frequenz wird zwischen den beiden Brückendiagonalen gewechselt, wobei während der Einschaltzeit einer Brückendiagonale einer der beiden Transistoren hochfrequent getaktet wird, so daß die Lampe mit einem Gleichstrom, dem ein hochfrequenter Rippelstrom überlagert ist, betrieben wird. That is, with a relatively low frequency is changed between the two bridge diagonals, wherein one bridge diagonal of the two transistors is clocked at high frequency during the switch, so that the lamp is operated with a direct current, to which a high frequency ripple current superimposed. Um in dieser Betriebsart eine Helligkeitssteuerung zu erzielen, ist eine Ansteuerung mit variablem Tastverhältnis notwendig, die Induktivität L bildet in dieser Betriebsart die strombegrenzende Impedanz in Serie zur Lampe. To achieve a brightness control in this mode, a control variable duty cycle is necessary, the inductance L is in this mode, the current-limiting impedance in series with the lamp. In diesem zweiten Betriebsmodus ist wieder die Steuerschaltung 6 für die Steuerung der Lampenhelligkeit verantwortlich und übermittelt über die Leitungen 8 1 bis 8 4 die entsprechenden Steuerbefehle an die Treiberschaltungen T1 und T2, welche dementsprechend die vier Transistoren S1 bis S4 ansteuern. In this second operating mode, the control circuit 6 is responsible for the control of the lamp brightness again and transmitted via the lines 8 1 to 8 4, the corresponding control commands to the driver circuits T1 and T2, which correspondingly control the four transistors S1 to S4.

Bei den hohen Helligkeitswerten des zweiten Betriebsmodus spielen die Leitungskapazitäten und Leitungsinduktivitäten trotz der hohen Schaltfrequenz keine Rolle, weil sie relativ zum Lampenstrom zu vernachlässigen sind und deshalb die Regelvorgänge nicht stören. At the high brightness values ​​of the second operating mode, line capacities and line inductances do not matter, despite the high switching frequency because they are negligible relative to the lamp current and therefore does not interfere with control operations. Auch die Gefahr des Auftretens von Flackererscheinungen ist bei diesen hohen Helligkeiten nicht gegeben. Also, the risk of occurrence of flickering is not present at these high brightness. Bei niedrigen Helligkeitswerten besteht wiederum das aufgrund der Stromregelung ideale Zündverhalten, mit dem das Auftreten von Lichtblitzen unterdrückt wird. At low brightness values, in turn, is the ideal due to the ignition current control, with which the occurrence of flashes is suppressed. Wiederum ist ein Dimmen bis zu 1/1000 der maximalen Lampenhelligkeit möglich. Again, up to 1/1000 of the maximum lamp brightness dimming possible.

Das erfindungsgemäße Konzept zeichnet sich somit dadurch aus, daß ein Lampenbetrieb realisiert wird, mit dem ein Dimmen über eine sehr weiten Helligkeitsbereich ermöglicht wird. The inventive concept is thus characterized in that a lamp operation is realized with the dimming is made possible by a very wide range of brightness. Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, die Lampe auch bei sehr niedrigen Helligkeitswerten zu starten, ohne daß unangenehm empfundene Lichtblitze entstehen. In addition, the possibility exists to restart the lamp even at very low brightness values ​​without unpleasant, flashes of light produced.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Gasentladungslampe (LA), die Bestandteil eines als Last einer Vollbrückenschaltung geschalteten Resonanzkreises (L, C) ist, wobei abwechselnd jeweils eine Brückendiagonale eingeschaltet und die andere Brückendiagonale der Vollbrücke ausgeschaltet ist, A method for controlling the brightness of a gas discharge lamp (LA), which is part of a connected as load of a full bridge circuit the resonant circuit (L, C), said alternately switched on in each case one bridge diagonal and the other bridge diagonal of the full bridge is switched off,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungslampe (LA) während der Einschaltzeit einer Brückendiagonalen characterized in that the gas discharge lamp (LA) during the switch of a bridge diagonals
    in einem ersten Betriebsmodus bei niedriger Lampenhelligkeit mit einer geregelten Gleichspannung und in a first operational mode at low lamp brightness with a regulated DC voltage, and
    in einem zweiten Betriebsmodus bei hoher Lampenhelligkeit mit einer in ihrem Tastverhältnis veränderbaren Wechselspannung betrieben wird. is operated in a second operational mode at high lamp brightness at a variable in their duty cycle AC voltage.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, The method of claim 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel zwischen den beiden Brückendiagonalen mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz erfolgt. characterized in that the change between the two bridge diagonals is effected with a frequency greater than 100 Hz.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, A method according to claim 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel zwischen den beiden Brückendiagonalen mit einer Frequenz zwischen 700 Hz und 2000 Hz erfolgt. characterized in that the change between the two bridge diagonals is effected with a frequency between 700 Hz and 2000 Hz.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, A method according to any one of claims 1 to 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lampenbetrieb bei niedriger Helligkeit lediglich eine einzige Brückendiagonale eingeschaltet ist. characterized in that, with a lamp operation at low brightness, only one single bridge diagonal is switched on.
  5. Elektronisches Vorschaltgerät zum Steuern des Betriebsverhaltens und der Helligkeit einer Gasentladungslampe (LA), mit einer mit Gleichspannung (U BUS ) gespeisten Vollbrückenschaltung, Electronic ballast for controlling the operating behavior and the brightness of a gas discharge lamp (LA), fed with a direct voltage (U BUS) full-bridge circuit,
    wobei die Gasentladungslampe (LA) Bestandteil eines als Last der Vollbrückenschaltung geschalteten Resonanzkreises (L, C) ist und eine Steuerschaltung (T1, T2) abwechselnd jeweils eine Brückendiagonale einschaltet und die andere Brückendiagonale der Vollbrücke ausschaltet, wherein the gas discharge lamp (LA) is part of a connected as load of the full bridge circuit the resonant circuit (L, C) and a control circuit (T1, T2) are alternately switched on in each case one bridge diagonal and switches off the other bridge diagonal of the full bridge,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brückendiagonalen jeweils eine regelbare Konstantstromquelle (OP1, OP2, S2, S4) zur Regelung des Lampenstroms aufweisen, characterized in that the two bridge diagonals have each a regulatable constant current source (OP1, OP2, S2, S4) for the regulation of the lamp current,
    wobei in einem ersten Betriebsmodus bei niedriger Lampenhelligkeit die Regelung des Lampenstroms durch die regelbare Konstantstromquelle der eingeschalteten Brückendiagonalen erfolgt, während in einem zweiten Betriebsmodus bei hoher Lampenhelligkeit dem Resonanzkreis (L, C) eine Wechselspannung mit konstanter Frequenz aber mit veränderbarem Tastverhältnis zugeführt wird. wherein, in a first operational mode at low lamp brightness the regulation of the lamp current through the controllable constant current source of the switched-on bridge diagonal, whilst in a second operational mode at high lamp brightness the resonant circuit (L, C) an AC voltage having constant frequency but is supplied with a variable duty cycle.
  6. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5, Electronic ballast according to claim 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der von der Steuerschaltung (T1, T2) durchgeführte Wechsel zwischen den beiden Brückendiagonalen mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz erfolgt. characterized in that the from the control circuit (T1, T2) guided by alternating between the two bridge diagonals is effected with a frequency greater than 100 Hz.
  7. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 6, Electronic ballast according to claim 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der von der Steuerschaltung (T1, T2) durchgeführte Wechsel zwischen den beiden Brückendiagonalen mit einer Frequenz zwischen 700 Hz und 2000 Hz erfolgt. characterized in that the from the control circuit (T1, T2) guided by alternating between the two bridge diagonals is effected with a frequency between 700 Hz and 2000 Hz.
  8. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, Electronic ballast according to one of claims 5 to 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lampenbetrieb bei niedriger Helligkeit lediglich eine einzige Brückendiagonale eingeschaltet ist. characterized in that, with a lamp operation at low brightness, only one single bridge diagonal is switched on.
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