EP1483944A1 - Ballast comprising switched inductance - Google Patents

Ballast comprising switched inductance

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EP1483944A1
EP1483944A1 EP03714694A EP03714694A EP1483944A1 EP 1483944 A1 EP1483944 A1 EP 1483944A1 EP 03714694 A EP03714694 A EP 03714694A EP 03714694 A EP03714694 A EP 03714694A EP 1483944 A1 EP1483944 A1 EP 1483944A1
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EP
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discharge lamp
semiconductor switches
voltage
parallel
current
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EP03714694A
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EP1483944B1 (en
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Ulrich Klipstein
Norbert Unzner
Wilfried Brauckmann
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B & S Elektronische Gerate GmbH
Original Assignee
B & S Elektronische Gerate GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—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
    • H05B41/288—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 without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2921—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2925—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a ballast for a discharge lamp with a DC voltage supply stage, high-frequency clocked semiconductor switches for changing the current direction through the discharge lamp, a choke inductor lying in series with the discharge lamp, and discharge circuits for the semiconductor switches, each of which consists of a capacitor arranged in parallel with the semiconductor switch and an anti-parallel circuit Power converter exist.
  • Ballasts of this type are known and are used to control discharge lamps, in particular high-pressure discharge lamps.
  • the semiconductor switches can be arranged in a full bridge or in a half bridge.
  • a step-up converter is preferably used, which, for example, is able to form a 370 V DC voltage from a 220 V AC voltage, which can be used for supplying the discharge lamp.
  • the direction of the current through the discharge lamp is reversed by arranging the series inductor in conjunction with a series capacitor.
  • the relief circuits for the semiconductor switches serve to avoid current and voltage peaks when switching from one current direction to another when the previously open switch is still open and the previously closed switch is opened during a short time interval. The relief current flows into the relief capacitors via the inductor.
  • ballasts of this type exists when an undesired idling operation occurs, for example when the discharge lamp has failed or has not yet been used. Since the relief cannot be effective in these cases, there is a risk of the semiconductor switches being destroyed. With the known ballasts, care must therefore be taken to ensure that no idle operation occurs.
  • the invention is based on the object of designing a ballast of the type mentioned at the outset in such a way that effective relief is possible even when idling without impairing the regular operation of the ballast.
  • ballast of the type mentioned in the introduction in that a series connection of an auxiliary inductor and a switch which can be switched as a function of the voltage of the discharge lamp is arranged in parallel with the discharge lamp.
  • the invention is based on the idea that the voltage of the discharge lamp is significantly higher in the non-ignited mode than in the ignited mode. Accordingly, voltage detection of the voltage of the discharge lamp is used to make the switch in series with the auxiliary inductor close to enable the semiconductor switch to be relieved via the auxiliary inductor if the discharge lamp does not ignite due to a defect or is not used at all. If, on the other hand, the discharge lamp ignites, a current occurs in the lamp circuit, which is sensed and opens the switch, so that the auxiliary inductance remains ineffective for the ignited operation of the discharge lamp.
  • the auxiliary inductor has the task of ensuring a minimum current flow through the semiconductor switches. This current is significantly lower than the nominal current when the lamp is in operation, so that the auxiliary inductance can assume a value approximately five times greater than the main inductance.
  • the structural outlay for the auxiliary inductance can, however, be kept lower than for the main inductance, since on the one hand the current load is significantly lower and on the other hand the inductance only has to carry current for a short time through a suitable control.
  • the ballast according to the invention is preferably operated with a control circuit which controls the clock frequency of the semiconductor switches as a function of a detected current flow through the discharge lamp.
  • the drawing shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a ballast according to the invention.
  • a DC voltage supply stage 2 in the form of a step-up converter is connected to terminals 1 of a mains voltage (220 V).
  • Schematically A rectifier bridge 3, a series inductor 4 and a switch 5 connected in parallel and a diode 6 are placed at a positive output of the DC voltage supply stage 2.
  • the DC voltage output by the DC voltage supply stage 2 on two output lines 7, 8 lies above a line between these lines 7, 8 switched smoothing capacitor 9 in smoothed form.
  • a series circuit comprising two semiconductor switches 10, 11 is switched on parallel to the capacitor.
  • the two semiconductor switches 10, 11 are switched on and off alternately by a control circuit 12 at a frequency of 300 to 400 kHz, the switching frequency depending on the current flowing via the respectively closed semiconductor switch 10, 11, measured with a current sensor 13 is regulated so as to generate a constant current.
  • the output line 7 carrying the positive direct voltage is connected via a capacitor 14 and an ignition transformer 15 to an electrode of a discharge lamp 16.
  • the other electrode of the discharge lamp 16 is connected via a series inductor 17 to a connection point 18 between the two semiconductor switches 10, 1 1.
  • the capacitor 14 is dimensioned such that about half of the DC voltage supplied drops across it. As a result, approximately half of the voltage across the discharge lamp 16 is present across the smoothing capacitor 9.
  • the capacitor 19 connected in parallel with the previously opened semiconductor switch 10, 1 1 is charged to the input voltage at the time of switching and takes over the second half of the current, so that it is discharged, so that the subsequent switching on of this semiconductor switch 10, 1 1 takes place without voltage and thus without loss.
  • the relief current also flows through the lamp circuit, that is to say the inductor 17, the lamp 16, the ignition transformer 15 and the capacitor 14.
  • an auxiliary inductor 21 is connected in series with a switch 22 in parallel with the arrangement of lamp 16 and ignition transformer 15, that is to say between circuit points 26, 27.
  • the switch 22 is closed, controlled by suitable sensors, as soon as the voltage between the switching points 26 and 27 approaches an open circuit voltage of approximately 185 V. As a result, a current flows through the auxiliary inductor 21, which ensures the above-described recharging of the capacitors 19 connected in parallel with the semiconductor switches 10, 11 instead of the lamp current.
  • the switch 22 is opened as soon as a lamp current of a certain size is sensed. This ensures that the function of the ballast is not changed by the auxiliary inductor during normal operation of the lamp 16, but that the auxiliary inductor 21 is only effective under idle conditions for generating the relief current.
  • a switch 23 is also connected in series with a parallel circuit comprising a capacitor 24 and a resistor 25. This circuit serves to support the ignition of the lamp 16.
  • the DC voltage present between the output lines 7, 8 is separated off via the capacitor 14, which charges to half the DC voltage.
  • the amplitude of the AC voltage occurring between the circuit points 26, 27 also only takes up half the value of the DC voltage. The magnitude of this voltage does not ensure reliable ignition of the lamp 16.
  • the capacitor 24 forms a resonant circuit with the inductor 17 and is dimensioned such that the resonant frequency of the resonant circuit comprising the inductor 17 and the capacitor 24 is at a higher harmonic of the switching frequency of the semiconductor switches 10, 11.
  • a harmonic voltage of the choke 17 is added to the square-wave voltage of the semiconductor switches 10, 11 present between the connection point 18 and the circuit point 27, so that the voltage amplitude required for the safe formation of the arc is achieved immediately after the lamp 16 is ignited.
  • the tuning of the series resonant circuit formed by choke inductor 17 and capacitor 24 to a higher harmonic, preferably the fifth harmonic, offers in connection with the damping by the parallel resistor. 25 there was a guarantee that the semiconductor switches 10, 1 1 would not be loaded with an overcurrent, as would be the case if the resonant circuit comprising the inductor 17 and the capacitor 24 were set directly to the resonance frequency of the switching frequency of the semiconductor switches 10, 1 1.
  • harmonics other than the fifth harmonic can be used for certain embodiments of the invention, for example the third harmonic.
  • the criterion for the selection of the harmonic is the safe setting of the desired voltage increase without the risk of overloading the semiconductor switches 10, 11 by overcurrent.

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Abstract

The invention relates to ballast for a discharge lamp (16) comprising a direct-current supply phase (2), high-frequency timed semiconductor switches (10, 11) for modifying the direction of current through the discharge lamp (16), a choke inductance (17) connected in series to the discharge lamp (16) and discharge circuits (19, 20) for the semiconductor switches (10, 11), each of which consists of a capacitor (19) connected in parallel to said semiconductor switches (10, 11) and a current converter (20) connected in anti-parallel. The aim of the invention is to guarantee an effective discharge of the semiconductor switches (10, 11), even during a no-load operation. To achieve this, a series connection of an auxiliary inductance (21) and a switch (22) that is operated depending on the voltage of the discharge lamp (16) is connected in parallel to said discharge lamp (16).

Description

VORSCHALTGERAT MIT GESCHALTETER INDUKTIVITÄT CONTROL UNIT WITH SWITCHED INDUCTIVITY
Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe mit einer Gleichspannungsversorgungsstufe, hochfrequent getakteten Halbleiterschaltern zur Änderung der Stromrichtung durch die Entladungslampe, einer in Reihe zur Entladungslampe liegenden Drosselinduktivität und Entlastungsschaltungen für die Halbleiterschalter, die jeweils aus einem parallel zu dem Halbleiterschalter angeordneten Kondensator und einem antiparallel geschalteten Stromrichter bestehen.The invention relates to a ballast for a discharge lamp with a DC voltage supply stage, high-frequency clocked semiconductor switches for changing the current direction through the discharge lamp, a choke inductor lying in series with the discharge lamp, and discharge circuits for the semiconductor switches, each of which consists of a capacitor arranged in parallel with the semiconductor switch and an anti-parallel circuit Power converter exist.
Derartige Vorschaltgeräte sind bekannt und werden zur Steuerung von Entladungslampen, insbesondere Hochdruck-Entladungslampen, eingesetzt. Die Halbleiterschalter können dabei in einer Vollbrücke oder in einer Halbbrücke angeordnet werden. Für die Erzeugung der Gleichspannung wird dabei vorzugsweise ein Aufwärtswandler verwendet, der beispielsweise in der Lage ist, aus einer 220 V- Wechselspannung eine 370 V-Gleichspannung zu bilden, die für die Versorgung der Entladungslampe verwendbar ist. Die Umkehr der Stromrichtung durch die Entladungslampe erfolgt durch die Anordnung der seriellen Drosselinduktivität in Verbindung mit einem Serienkondensator. Die Entlastungsschaltungen für die Halbleiterschalter dienen zur Vermeidung von Strom- und Spannungsspitzen beim Umschalten von einer Stromrichtung zur andern, wenn während eines kurzen Zeitintervalls der bisher offene Schalter noch offen ist und der bisher geschlossene Schalter geöffnet wird. Der Entlastungsstrom fließt dabei in die Entlastungskondensatoren über die Drosselinduktivität.Ballasts of this type are known and are used to control discharge lamps, in particular high-pressure discharge lamps. The semiconductor switches can be arranged in a full bridge or in a half bridge. For the generation of the DC voltage, a step-up converter is preferably used, which, for example, is able to form a 370 V DC voltage from a 220 V AC voltage, which can be used for supplying the discharge lamp. The direction of the current through the discharge lamp is reversed by arranging the series inductor in conjunction with a series capacitor. The relief circuits for the semiconductor switches serve to avoid current and voltage peaks when switching from one current direction to another when the previously open switch is still open and the previously closed switch is opened during a short time interval. The relief current flows into the relief capacitors via the inductor.
Ein Problem derartiger Vorschaltgeräte besteht dann, wenn ein ungewollter Leerlaufbetrieb entsteht, wenn beispielsweise die Entladungslampe ausgefallen oder noch gar nicht eingesetzt ist. Da die Entlastung in diesen Fällen nicht wirksam sein kann, besteht die Gefahr einer Zerstörung der Halbleiterschalter. Es muss daher bei den bekannten Vorschaltgeräten sorgfältig darauf geachtet werden, dass kein Leerlauf-Betrieb auftritt.A problem of ballasts of this type exists when an undesired idling operation occurs, for example when the discharge lamp has failed or has not yet been used. Since the relief cannot be effective in these cases, there is a risk of the semiconductor switches being destroyed. With the known ballasts, care must therefore be taken to ensure that no idle operation occurs.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass eine wirksame Entlastung auch im Leerlauf möglich ist, ohne den regulären Betrieb des Vorschaltgeräts zu beeinträchtigen.In contrast, the invention is based on the object of designing a ballast of the type mentioned at the outset in such a way that effective relief is possible even when idling without impairing the regular operation of the ballast.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Vorschaltgerät der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass parallel zur Entladungslampe eine Serienschaltung einer Hilfsinduktivität und eines in Abhängigkeit von der Spannung der Entladungslampe schaltbaren Schalters angeordnet ist.This object is achieved according to the invention with a ballast of the type mentioned in the introduction in that a series connection of an auxiliary inductor and a switch which can be switched as a function of the voltage of the discharge lamp is arranged in parallel with the discharge lamp.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Spannung der Entladungslampe im nichtgezündeten Betrieb wesentlich höher ist als im gezündeten Betrieb. Demgemäß wird eine Spannungsdetektion der Spannung der Entladungslampe dazu verwendet, den in Serie mit der Hilfsinduktivität liegenden Schalter zu schließen, um die Entlastung der Halbleiterschalter über die Hilfsinduktivität zu ermöglichen, wenn die Entladungslampe wegen eines Defekts nicht zündet oder gar nicht eingesetzt ist. Zündet hingegen die Entladungslampe, tritt im Lampenkreis ein Strom auf, der sensiert wird und den Schalter öffnet, sodass für den gezündeten Betrieb der Entladungslampe die Hilfsinduktivität unwirksam bleibt.The invention is based on the idea that the voltage of the discharge lamp is significantly higher in the non-ignited mode than in the ignited mode. Accordingly, voltage detection of the voltage of the discharge lamp is used to make the switch in series with the auxiliary inductor close to enable the semiconductor switch to be relieved via the auxiliary inductor if the discharge lamp does not ignite due to a defect or is not used at all. If, on the other hand, the discharge lamp ignites, a current occurs in the lamp circuit, which is sensed and opens the switch, so that the auxiliary inductance remains ineffective for the ignited operation of the discharge lamp.
Die Hilfsinduktivität hat die Aufgabe, einen Mindeststromfluss durch die Halbleiterschalter zu gewährleisten. Dieser Strom ist wesentlich geringer als der Nennstrom im Betrieb der Lampe, sodass die Hilfsinduktivität einen etwa fünfmal so großen Wert wie die Hauptinduktivität annehmen kann. Der bauliche Aufwand für die Hilfsinduktivität kann jedoch geringer gehalten werden als für die Hauptinduktivität, da einerseits die Strombelastung wesentlich geringer ist und andererseits durch eine geeignete Steuerung die Induktivität nur kurzzeitig Strom führen muss.The auxiliary inductor has the task of ensuring a minimum current flow through the semiconductor switches. This current is significantly lower than the nominal current when the lamp is in operation, so that the auxiliary inductance can assume a value approximately five times greater than the main inductance. The structural outlay for the auxiliary inductance can, however, be kept lower than for the main inductance, since on the one hand the current load is significantly lower and on the other hand the inductance only has to carry current for a short time through a suitable control.
Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät wird vorzugsweise mit einer Steuerschaltung betrieben, die die Taktfrequenz der Halbleiterschalter in Abhängigkeit von einem detektierten Stromfluss durch die Entladungslampe steuert. Dabei wird ausgenutzt, dass die mit der Entladungslampe in Serie geschalteten Induktivitäten einen frequenzabhängigen Widerstand darstellen, sodass durch die Frequenzänderung eine Änderung des Widerstands - und damit des fließenden Stroms - erfolgt.The ballast according to the invention is preferably operated with a control circuit which controls the clock frequency of the semiconductor switches as a function of a detected current flow through the discharge lamp. This takes advantage of the fact that the inductors connected in series with the discharge lamp represent a frequency-dependent resistor, so that the frequency change causes a change in the resistance - and thus in the flowing current.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.
Die Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.The drawing shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a ballast according to the invention.
An Klemmen 1 einer Netzspannung (220 V) ist eine Gleichspannungsversor- gungsstufe 2 in Form eines Aufwärtswandlers angeschlossen. Schematisch dar- gestellt ist eine Gleichrichterbrücke 3, eine Längsinduktivität 4 und ein parallel geschalteter Schalter 5 und eine Diode 6 an einem positiven Ausgang der Gleich- spannungsversorgungsstufe 2. Die von der Gleichspannungsversorgungsstufe 2 auf zwei Ausgangsleitungen 7, 8 abgegebene Gleichspannung liegt über einem zwischen diesen Leitungen 7,8 geschalteten Glättungskondensator 9 in geglätteter Form an. Parallel zum Kondensator ist eine Serienschaltung aus zwei Halbleiterschaltern 10, 1 1 eingeschaltet. Die beiden Halbleiterschalter 10, 1 1 werden durch eine Steuerschaltung 12 alternierend mit einer Frequenz von 300 bis 400 kHz ein- und ausgeschaltet, wobei die Schaltfrequenz in Abhängigkeit von dem über den jeweils geschlossenen Halbleiterschalter 10, 1 1 fließenden, mit einem Stromsensor 13 gemessenen Strom geregelt wird, um so einen konstanten Strom zu erzeugen. Die die positive Gleichspannung führende Ausgangsleitung 7 ist über einen Kondensator 14 und einen Zündübertrager 15 mit einer Elektrode einer Entladungslampe 16 verbunden. Die andere Elektrode der Entladungslampe 16 ist über eine in Serie geschaltete Drosselinduktivität 17 mit einem Verbindungspunkt 18 zwischen den beiden Halbleiterschaltern 10, 1 1 verbunden. Der Kondensator 14 ist so dimensioniert, dass an ihm etwa die Hälfte der zugeführten Gleichspannung abfällt. Demzufolge liegt über der Entladungslampe 16 etwa die halbe Spannung an, die über dem Glättungskondensator 9 ansteht. Die Stromrichtungsumkehr durch die Entladungslampe 16, die durch die Halbleiterschalter 10, 1 1 herbeigeführt wird, führt zu einem nur geringen Anstieg oder Abfall dieser halben Spannung, die somit - abgesehen von geringen Schwankungen im Takt der Umschaltung der Halbleiterschalter 10, 1 1 - im Wesentlichen konstant bleibt. Geändert wird somit lediglich die Richtung des Stroms durch die Entladungslampe 16.A DC voltage supply stage 2 in the form of a step-up converter is connected to terminals 1 of a mains voltage (220 V). Schematically A rectifier bridge 3, a series inductor 4 and a switch 5 connected in parallel and a diode 6 are placed at a positive output of the DC voltage supply stage 2. The DC voltage output by the DC voltage supply stage 2 on two output lines 7, 8 lies above a line between these lines 7, 8 switched smoothing capacitor 9 in smoothed form. A series circuit comprising two semiconductor switches 10, 11 is switched on parallel to the capacitor. The two semiconductor switches 10, 11 are switched on and off alternately by a control circuit 12 at a frequency of 300 to 400 kHz, the switching frequency depending on the current flowing via the respectively closed semiconductor switch 10, 11, measured with a current sensor 13 is regulated so as to generate a constant current. The output line 7 carrying the positive direct voltage is connected via a capacitor 14 and an ignition transformer 15 to an electrode of a discharge lamp 16. The other electrode of the discharge lamp 16 is connected via a series inductor 17 to a connection point 18 between the two semiconductor switches 10, 1 1. The capacitor 14 is dimensioned such that about half of the DC voltage supplied drops across it. As a result, approximately half of the voltage across the discharge lamp 16 is present across the smoothing capacitor 9. The reversal of the current direction by the discharge lamp 16, which is brought about by the semiconductor switches 10, 1 1, leads to only a slight increase or decrease in this half voltage, which - apart from slight fluctuations in the switching cycle of the semiconductor switches 10, 1 1 - essentially remains constant. Thus, only the direction of the current through the discharge lamp 16 is changed.
Zur Vermeidung von Schaltverlusten der Halbleiterschalter 10, 1 1 beim Öffnen des vorher geschlossenen Halbleiterschalters 10, 1 1 während der andere, vorher offene Halbleiterschalter 10, 1 1 zur Vermeidung eines Kurzschlussstroms für eine kurze Zeitdauer ebenfalls noch geöffnet ist, sind parallel zu den beiden Halbleiterschaltern 10, 1 1 Parallelschaltungen jeweils eines Kondensators 19 und einer antiparallel geschalteten Diode 20 geschaltet. Der durch den geschlossenen zugehörigen Halbleiterschalter 10, 1 1 entladene Kondensator 19 lädt sich beim Öffnen des zugehörigen Halbleiterschalters 10, 1 1 auf und übernimmt so den beim Öffnen des Halbleiterschalters 10, 1 1 vom Halbleiterschalter 10, 1 1 geführten Strom der Drossel 17 zur Hälfte, sodass die Ausschaltverluste in diesem Halbleiterschalter 10, 1 1 wesentlich reduziert werden. Der parallel zum bisher geöffneten Halbleiterschalter 10, 1 1 geschaltete Kondensator 19 ist im Schaltzeitpunkt auf die Eingangsspannung aufgeladen und übernimmt die zweite Hälfte des Stroms, wodurch er entladen wird, sodass das anschließende Einschalten dieses Halbleiterschalters 10, 1 1 spannungslos und damit verlustfrei erfolgt. Der Entlastungsstrom fließt im übrigen über den Lampenstromkreis, also die Drosselinduktivität 17, die Lampe 16, den Zündübertrager 15 und den Kondensator 14.To avoid switching losses of the semiconductor switches 10, 1 1 when opening the previously closed semiconductor switch 10, 1 1 while the other, previously open semiconductor switch 10, 1 1 is also still open to avoid a short-circuit current for a short period of time, are parallel to the two semiconductor switches 10, 1 1 parallel connections of a capacitor 19 and an anti-parallel diode 20 connected. The capacitor 19 discharged by the closed associated semiconductor switch 10, 1 1 charges when the associated semiconductor switch 10, 1 1 is opened and thus takes over half of the current of the inductor 17, which is led by the semiconductor switch 10, 1 1 when the semiconductor switch 10, 1 1 is opened , so that the turn-off losses in this semiconductor switch 10, 1 1 are significantly reduced. The capacitor 19 connected in parallel with the previously opened semiconductor switch 10, 1 1 is charged to the input voltage at the time of switching and takes over the second half of the current, so that it is discharged, so that the subsequent switching on of this semiconductor switch 10, 1 1 takes place without voltage and thus without loss. The relief current also flows through the lamp circuit, that is to say the inductor 17, the lamp 16, the ignition transformer 15 and the capacitor 14.
Für den Fall, dass die Lampe 16 defekt ist und nicht zündet oder versehentlich gar nicht in die zugehörige Fassung eingesetzt worden ist, kann der Entlastungsstrom somit nicht fließen.In the event that the lamp 16 is defective and does not ignite or has inadvertently not been inserted into the associated socket, the relief current cannot flow.
Um dennoch eine wirksame Entlastung der Halbleiterschalter 10, 1 1 sicherzustellen, ist parallel zu der Anordnung aus Lampe 16 und Zündübertrager 15, also zwischen Schaltungspunkten 26, 27, eine Hilfsinduktivität 21 in Serie mit einem Schalter 22 eingeschaltet.In order to nevertheless ensure effective relief of the semiconductor switches 10, 11, an auxiliary inductor 21 is connected in series with a switch 22 in parallel with the arrangement of lamp 16 and ignition transformer 15, that is to say between circuit points 26, 27.
Der Schalter 22 wird, gesteuert durch geeignete Sensoren, geschlossen, sobald sich die Spannung zwischen den Schaltungspunkten 26 und 27 einer Leerlaufspannung von etwa 185 V nähert. Dadurch fließt über die Hilfsinduktivität 21 ein Strom, der die oben beschriebene Umladung der den Halbleiterschaltern 10, 1 1 parallel geschalteten Kondensatoren 19 an Stelle des Lampenstroms gewährleistet. Der Schalter 22 wird geöffnet, sobald ein Lampenstrom einer bestimmten Größe sensiert wird. Damit ist sichergestellt, dass im normalen Betrieb der Lampe 16 die Funktion des Vorschaltgeräts durch die Hilfsinduktivität nicht verändert wird, sondern dass die Hilfsinduktivität 21 nur unter Leerlaufbedingungen zur Erzeugung des Entlastungsstroms wirksam wird.The switch 22 is closed, controlled by suitable sensors, as soon as the voltage between the switching points 26 and 27 approaches an open circuit voltage of approximately 185 V. As a result, a current flows through the auxiliary inductor 21, which ensures the above-described recharging of the capacitors 19 connected in parallel with the semiconductor switches 10, 11 instead of the lamp current. The switch 22 is opened as soon as a lamp current of a certain size is sensed. This ensures that the function of the ballast is not changed by the auxiliary inductor during normal operation of the lamp 16, but that the auxiliary inductor 21 is only effective under idle conditions for generating the relief current.
Parallel zu der Anordnung aus Zündübertrager 15 und Lampe 16 ist ferner ein Schalter 23 in Serie mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator 24 und einem Widerstand 25 geschaltet. Diese Schaltung dient zur Unterstützung der Zündung der Lampe 16.In parallel to the arrangement of ignition transformer 15 and lamp 16, a switch 23 is also connected in series with a parallel circuit comprising a capacitor 24 and a resistor 25. This circuit serves to support the ignition of the lamp 16.
Die zwischen den Ausgangsleitungen 7, 8 anstehende Gleichspannung wird über den Kondensator 14, der sich auf die Hälfte der Gleichspannung auflädt, abgetrennt. Dadurch nimmt die Amplitude der zwischen den Schaltungspunkten 26, 27 auftretenden Wechselspannung ebenfalls nur den halben Wert der Gleichspannung an. Die Größe dieser Spannung gewährleistet keine sichere Zündung der Lampe 16.The DC voltage present between the output lines 7, 8 is separated off via the capacitor 14, which charges to half the DC voltage. As a result, the amplitude of the AC voltage occurring between the circuit points 26, 27 also only takes up half the value of the DC voltage. The magnitude of this voltage does not ensure reliable ignition of the lamp 16.
Zur Unterstützung der Zündung wird der Schalter 23 für den Zündvorgang geschlossen. Der Kondensator 24 bildet mit der Drosselinduktivität 17 einen Schwingkreis und ist so dimensioniert, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus Drosselinduktivität 17 und Kondensator 24 auf einer höheren Harmonischen der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter 10, 1 1 liegt. Dadurch addiert sich zu der zwischen dem Verbindungspunkt 18 und dem Schaltungspunkt 27 anstehenden Rechteckspannung der Halbleiterschalter 10, 1 1 eine Oberschwingungsspannung der Drossel 17, sodass die für eine sichere Ausbildung des Lichtbogens unmittelbar nach der Zündung der Lampe 16 erforderliche Spannungsamplitude erreicht wird.To assist the ignition, the switch 23 is closed for the ignition process. The capacitor 24 forms a resonant circuit with the inductor 17 and is dimensioned such that the resonant frequency of the resonant circuit comprising the inductor 17 and the capacitor 24 is at a higher harmonic of the switching frequency of the semiconductor switches 10, 11. As a result, a harmonic voltage of the choke 17 is added to the square-wave voltage of the semiconductor switches 10, 11 present between the connection point 18 and the circuit point 27, so that the voltage amplitude required for the safe formation of the arc is achieved immediately after the lamp 16 is ignited.
Die Abstimmung des aus Drosselinduktivität 17 und Kondensator 24 gebildeten Serienschwingkreises auf eine höhere Harmonische, vorzugsweise die fünfte Harmonische, bietet in Verbindung mit der Dämpfung durch den Parallelwider- stand 25 die Gewähr, dass die Halbleiterschalter 10, 1 1 nicht mit einem Überstrom belastet werden, wie dies der Fall wäre, wenn der Schwingkreis aus Drosselinduktivität 17 und Kondensator 24 auf die Resonanzfrequenz der Umschaltfrequenz der Halbleiterschalter 10, 1 1 direkt eingestellt wäre.The tuning of the series resonant circuit formed by choke inductor 17 and capacitor 24 to a higher harmonic, preferably the fifth harmonic, offers in connection with the damping by the parallel resistor. 25 there was a guarantee that the semiconductor switches 10, 1 1 would not be loaded with an overcurrent, as would be the case if the resonant circuit comprising the inductor 17 and the capacitor 24 were set directly to the resonance frequency of the switching frequency of the semiconductor switches 10, 1 1.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung andere Oberwellen als die fünfte Oberwelle verwendbar sind, beispielsweise die dritte Oberwelle. Kriterium für die Auswahl der Oberwelle ist die sichere Einstellung der gewünschten Spannungserhöhung ohne die Gefahr der Belastung der Halbleiterschalter 10, 1 1 durch Überstrom.It is not excluded that harmonics other than the fifth harmonic can be used for certain embodiments of the invention, for example the third harmonic. The criterion for the selection of the harmonic is the safe setting of the desired voltage increase without the risk of overloading the semiconductor switches 10, 11 by overcurrent.
Nicht dargestellt ist in dem schematischen Schaltbild die Möglichkeit einer Abschaltung des gesamten Vorschaltgeräts, wenn die Stromflussmessung, beispielsweise mit dem Sensor 13, ergibt, dass die Leerlaufbedingung für eine gewisse Mindestperiode, beispielsweise von einigen Sekunden, anhält. Demzufolge ist es möglich, die Hilfsinduktivität 21 vom Bauvolumen her klein zu dimensionieren, da sie nur für eine begrenzte Zeit die Entlastungsfunktion ausüben muss. Not shown in the schematic circuit diagram is the possibility of switching off the entire ballast if the current flow measurement, for example with the sensor 13, shows that the idle condition persists for a certain minimum period, for example a few seconds. As a result, it is possible to dimension the auxiliary inductor 21 small in terms of the construction volume, since it only has to perform the relief function for a limited time.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Vorschaltgerät für eine Entladungslampe (16) mit einer Gleichspannungs- versorgungsstufe (2), hochfrequent getakteten Halbleiterschaltern ( 10, 1 1 ) zur Änderung der Stromrichtung durch die Entladungslampe ( 16), einer in Reihe zur Entladungslampe (16) liegenden Drosselinduktivität (17) und Entlastungsschaltungen ( 19, 20) für die Halbleiterschalter ( 10, 1 1 ), die jeweils aus einem parallel zu dem Halbleiterschalter (10, 1 1 ) angeordneten Kondensator (19) und einem antiparallel geschalteten Stromrichter (20) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Entladungslampe ( 16) eine Serienschaltung einer Hilfsinduktivität (21 ) und eines in Abhängigkeit von der Spannung der Entladungslampe (16) schaltbaren Schalters (22) angeordnet ist.1 . Ballast for a discharge lamp (16) with a DC voltage supply stage (2), high-frequency clocked semiconductor switches (10, 1 1) for changing the current direction through the discharge lamp (16), a choke inductor (17) in series with the discharge lamp (16) Relief circuits (19, 20) for the semiconductor switches (10, 1 1), each consisting of a capacitor (19) arranged in parallel to the semiconductor switch (10, 1 1) and an anti-parallel converter (20), characterized in that parallel a discharge inductor (21) and a switch (22) which can be switched as a function of the voltage of the discharge lamp (16) are arranged in relation to the discharge lamp (16).
2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsinduktivität (21 ) mehr als doppelt so groß wie die Drosselinduktivität ( 17) ist.2. Ballast according to claim 1, characterized in that the auxiliary inductor (21) is more than twice as large as the choke inductor (17).
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter (10, 1 1 ) in einer Halbbrückenschaltung angeordnet sind.3. Ballast according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor switches (10, 1 1) are arranged in a half-bridge circuit.
4. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung ( 12) die Taktfrequenz der Halbleiterschalter ( 10, 1 1 ) in Abhängigkeit von einem detektierten Stromfluss durch die Entladungslampe (16) steuert. 4. Ballast according to one of claims 1 to 3, characterized in that a control circuit (12) controls the clock frequency of the semiconductor switches (10, 1 1) as a function of a detected current flow through the discharge lamp (16).
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2466169A1 (en) * 1979-09-20 1981-03-27 Nicolas Jean Pierre Variable supply for high pressure discharge lamps - uses inductors in supply line with by=pass switches on each inductor to allow controlled switching of selected inductors
FR2516737A1 (en) * 1981-11-17 1983-05-20 Ceske Vysoke Uceni Tech Series connected circuit for gas discharge lamp - uses power factor correction, series inductive ballast and thyristor activated lamp ignition (CS 25.6.82)
US5677602A (en) * 1995-05-26 1997-10-14 Paul; Jon D. High efficiency electronic ballast for high intensity discharge lamps
DE19619745A1 (en) * 1996-05-15 1997-11-20 Tridonic Bauelemente Circuit arrangement for operating a load and electronic ballast with such a circuit arrangement for operating a lamp
GB9825298D0 (en) * 1998-11-18 1999-01-13 Microlights Ltd An electronic ballast

Non-Patent Citations (1)

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