EP1708549A2 - Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung - Google Patents

Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
EP1708549A2
EP1708549A2 EP06004877A EP06004877A EP1708549A2 EP 1708549 A2 EP1708549 A2 EP 1708549A2 EP 06004877 A EP06004877 A EP 06004877A EP 06004877 A EP06004877 A EP 06004877A EP 1708549 A2 EP1708549 A2 EP 1708549A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brightness
lamp
lamp current
signal
electronic ballast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP06004877A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1708549B1 (de
EP1708549A3 (de
Inventor
Klaus Fischer
Josef Kreittmayr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1708549A2 publication Critical patent/EP1708549A2/de
Publication of EP1708549A3 publication Critical patent/EP1708549A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1708549B1 publication Critical patent/EP1708549B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/04—Dimming circuit for fluorescent lamps

Definitions

  • the present invention relates to an electronic ballast with a dimming device for controlling the lamp brightness of a low-pressure discharge lamp, and to a method for controlling the lamp brightness of a low-pressure discharge lamp.
  • Electronic ballasts for operating low-pressure discharge lamps are known in many designs. Usually, they include a rectifier circuit for rectifying an AC supply and charging a capacitor, often referred to as a smoothing capacitor. The voltage applied to this capacitor DC voltage is used to power an inverter or inverter (hereinafter inverter), which operates the low-pressure discharge lamp. Basically, an inverter from a rectified AC power supply or a DC power supply generates a power supply for the lamp, which has a much higher frequency than the mains frequency. Similar devices are also known for other lamp types, for example in the form of electronic transformers for halogen lamps.
  • Dimming devices for operating electronic ballasts for controlling the brightness of low-pressure discharge lamps are known per se.
  • a known possibility of brightness control is to adjust the regulation of the amplitude of the lamp current, the lamp power and thus the lamp brightness. This can be done by approximating or removing the operating frequency of the inverter from resonant frequencies of the lamp-inverter system.
  • the invention is based on the technical problem of providing an improved electronic ballast with regard to lamp brightness control.
  • the invention provides an electronic ballast which has two technically different possibilities for controlling the lamp brightness. Depending on the embodiment of the invention, these two possibilities can complement each other differently in different brightness ranges. Different embodiments of the invention can control the brightness in different brightness ranges either with one of the two possibilities, or else together with both. As will be seen below, the control of the brightness via the amplitude adjustment has specific advantages, in particular even with higher brightness values, whereas the setting of the duty cycle has its particular advantages, especially at lower brightness values.
  • the invention therefore provides at least two different brightness ranges with regard to the brightness control or the "dimming method", wherein at least the amplitude adjustment is to be used in a so-called first brightness range with higher brightness values and at least the duty cycle setting in a further brightness range.
  • the number of different brightness ranges, their extent and the choice of the method (s) of brightness control in these areas depend on the specific implementation of the invention and the specific advantages that stand in the foreground.
  • the first of the two possibilities for brightness control which each embodiment of the invention has, is the control of the lamp brightness by means of adjusting the amplitude of the lamp current.
  • this allows a flicker-free brightness control for large and medium-sized lamp currents.
  • this possibility fails in many cases, because with decreasing lamp current, the lamp voltage increases until the electronic ballast can no longer provide the lamp voltage. The lamp current and thus the gas discharge extinguishes.
  • each embodiment of the invention can operate the low-pressure discharge lamp with pulsed lamp current.
  • current pulses and pauses between these pulses, the interpulse intervals.
  • a current pulse a high-frequency approximately sinusoidal lamp current flows; a current pulse can be characterized by its duration and the amplitude of the lamp current oscillations during the pulse. The longer a current pulse, the more high-frequency current oscillations it contains.
  • the lamp brightness can be adjusted over the duration of the current pulses and / or over the duration of the interpulse intervals. Overall, the lamp brightness is changed over the duty cycle of current pulses and intermediate pulse intervals.
  • Such a brightness control can be used with small, medium and large lamp currents so that the lamp brightness appears flicker-free.
  • the lamp brightness can be further reduced than when using the first possibility of brightness control with an unpulsed lamp current.
  • the reason for this is that within a pulse the lamp current can remain so high that the lamp voltage for the ballast does not accept critically large values and the pulse method nevertheless allows a reduction of the average injected power.
  • this prevents the inverter from no longer being able to provide the lamp voltage continuously and the gas discharge extinguishes;
  • the dependence of the lamp current on the lamp voltage is no longer so strong for larger lamp currents.
  • the lamp brightness no longer reacts so strongly to small current fluctuations. This also makes it possible to operate the low-pressure discharge lamp flicker-free in a wide ambient temperature range, even at low brightness levels, because at low temperatures the dependence of the lamp voltage on the lamp current is particularly pronounced with low lamp currents.
  • the minimum interpulse interval is shorter.
  • the invention allows the control of the lamp brightness by means of a combination of adjustment of the amplitude of the lamp current and an adjustment of the duty cycle of current pulses.
  • the respective strengths of the two methods in different brightness ranges of the lamp can be used.
  • two or three brightness ranges in each case one of the methods described above or both can be used in combination.
  • the invention is not limited to a specific width of the brightness ranges.
  • the invention can be carried out in such a way that, for smaller and medium-sized lamp currents, the modulation of the duty cycle of the current pulses is used.
  • the brightness control can then be realized by adjusting the lamp current amplitude.
  • the maximum brightness of the lamp can then be achieved with larger lamp currents.
  • the jump in lamp brightness, caused by the minimum interpulse interval, is, as stated, not as pronounced at average brightness as a corresponding jump through the transition to pulsed lamp currents at maximum amplitude.
  • the reduction of the brightness in this second brightness range by a combined reduction of the current amplitude and an increase in the interpulse intervals can also be continued until the impending disruption of the gas discharge.
  • the second brightness range can also be omitted with a combined use of both brightness adjustment options; a brightness range with exclusive duty cycle setting so connect to one with exclusive amplitude setting.
  • the choice of the subdivision of the brightness ranges and the combination of the possibilities for controlling the lamp current to the technical and physical properties of the individual low-pressure discharge lamp can be adjusted. Depending on their design, these can differ greatly in their properties.
  • Short low-pressure discharge lamps with a large discharge vessel diameter have a rather low dependence of the lamp voltage on the lamp current, even with small lamp currents. Therefore, with these Lamps satisfactory dimming with an operation corresponding to the first and second brightness range can be achieved.
  • the "further" brightness range in the sense of the independent claims can be realized by the second or by the third brightness range. It has become clear from the preceding paragraph that the "first" brightness range in the sense of the independent claims may in certain embodiments also be implemented by an operation designated here as the second brightness range in which both the lamp current amplitude and the duty cycle are changed.
  • an inverter is driven with a pulsed signal, for example a voltage signal.
  • a pulsed signal for example a voltage signal.
  • the invention has a signal generator for generating periodic signals. These signals may be triangular or sawtooth voltages, for example.
  • a comparator compares the periodic signal with the continuous brightness corresponding to the desired brightness Signal. If, for a certain brightness, the continuous signal is always larger (or smaller) than the periodic one, a continuous signal is also passed on to the inverter.
  • the periodic signal is each near its maxima (optionally also minima) larger (or smaller) than the continuous signal corresponding to a certain brightness - so this overlap defines small interpulse intervals.
  • a pulsed signal with short interpulse intervals is passed to the inverter. If the overlap becomes slightly larger, the interpulse intervals become longer. If then almost the entire periodic signal is above (or below) the continuous signal corresponding to a specific brightness, the overlap of the minima (or maxima) of the periodic signal with the constant signal defines the remaining times in which a significant lamp current flows. The pulses are now short and the interpulse intervals long. If the periodic signal is completely above (or below) the continuous signal, then the comparator determines the signal input to the inverter, a constant small or vanishing lamp current flows.
  • the output signal of the signal generator is synchronized with the phase position of the supply voltage of the inverter, which fluctuates at a low frequency, for example as a consequence of a rectification of a mains voltage. In this way, any beats noticeable as flickering of the lamp brightness can be avoided.
  • a preferred embodiment of the invention provides to control the inverter via a control loop.
  • the invention has a measuring device which measures the lamp current and converts it into a controlled variable.
  • this measuring device can also measure the operating frequency of the inverter, or another variable related to the lamp current, to convert it into a controlled variable.
  • the controller controlling the inverter receives three input signals.
  • the first, a control variable corresponding input signal he receives from the measuring device for measuring the lamp current.
  • the second input signal encodes the desired lamp brightness in the form of a temporally continuous signal whose size is different for each desired brightness; it corresponds to the reference variable.
  • the third input signal determines the temporal structure of the manipulated variable of the controller. During the interpulse intervals, it sets the manipulated variable of the controller to a value that allows the low current discharge current in the low-pressure discharge lamp to flow or prevents the flow of current altogether. Outside the interpulse intervals, it has no influence on the manipulated variable.
  • the third input signal thus also encodes the desired brightness.
  • the information about the desired brightness thus reaches the controller via two different paths.
  • the first of the two paths transmits a different continuous signal for each desired brightness. In the case of a pure amplitude adjustment of the lamp brightness, this signal corresponds to the desired brightness. This signal is clamped down. This has the meaning that the controller never drops the amplitude of the lamp current below an adjustable minimum at the boundary between the second and third brightness ranges. This may be intended for small lamp currents, in which case the control of the brightness only takes place via the duty cycle of pulse duration and intermediate pulse interval.
  • the temporal structure of the manipulated variable is determined via the second path.
  • a further preferred embodiment of the invention provides a circuit arrangement for measuring the lamp resistance, for example in EP 0 422 255 B1 1991-04-12 Zip-Pos described.
  • the measured variable is converted into a controlled variable, for example a voltage signal, and serves as an additional input to the regulator.
  • the controller can control the inverter in such a way that the gas discharge can be prevented from being torn off by increasing the lamp current.
  • the invention can make do without additional power components in the load circuit, compact can be built if required. Therefore, the invention is preferably suitable for integration of the electronic ballast in low-pressure discharge lamps, in particular compact fluorescent lamps (CFL).
  • CFL compact fluorescent lamps
  • FIG. 1 shows the lamp voltage of a low-pressure discharge lamp according to the invention as a function of the lamp current, the lamp characteristic curve.
  • the lamp voltage initially increases only moderately from a minimum at maximum lamp current with a reduction of the lamp current, the dependence of the lamp voltage on the lamp current is low, brightness range 1 in Figure 1. With a further reduction of the lamp current, the lamp voltage increases more and more, the dependence The lamp voltage from the lamp current is becoming increasingly pronounced, brightness ranges 2 and 3 in Figure 1.
  • the limited output voltage of the inverter thus defines the minimum lamp current with which the lamp can still be operated continuously, and thus the minimum brightness of the lamp with unpulsed lamp current.
  • the low-pressure discharge lamp is operated alternately in quick change to two points of the lamp characteristic.
  • the corresponding lamp current is far left on the lamp voltage / lamp current characteristic.
  • the work area is located further to the right on the lamp voltage / lamp current characteristic with larger lamp currents.
  • the voltage of the low-pressure discharge lamp is smaller and the operation of the low-pressure discharge lamp very robust, for example, with respect to the temperature dependence, which is not so pronounced at larger lamp currents.
  • the entire brightness range is divided according to the invention into three brightness ranges.
  • a first brightness range between the maximum possible brightness and an average brightness value
  • the amplitude of the lamp current is reduced from a maximum to an average value.
  • the lamp current is not pulsed, its amplitude determines the brightness of the lamp.
  • Figure 2a shows the lamp current at maximum brightness of the lamp
  • Figure 2b shows the lamp current at a brightness near the lower limit of the first brightness range. You can see that only the amplitude changes.
  • the amplitude of the lamp current is further reduced in a second range.
  • the lamp current is divided into pulses and intermediate pulse intervals. There are times when lamp current flows and times when no lamp current flows.
  • FIG. 3a shows the duration of the times with lamp current maximum, as shown in FIG. 3a.
  • FIG. 3b shows the lamp current at a lower brightness than FIG. 3a.
  • the second brightness range is followed by a third brightness range. This extends to the minimum brightness.
  • the amplitude of the lamp current is not changed in this third brightness range.
  • this third brightness range only the duty cycle of lamp current pulses of constant amplitude is set.
  • Figure 4a shows the lamp current at a brightness close to the second harmonic range boundary;
  • FIG. 4b shows the lamp current at minimum brightness.
  • the duration of the interpulse intervals must there be less than the time in which the charge carriers in the lamp can completely recombine. The recombination time determines the maximum interpulse interval.
  • FIG. 5 shows the dependence of the amplitude AM of the envelope of the lamp current and its duty cycle DC on the brightness ⁇ of the lamp. The three brightness ranges are shown.
  • the boundary between the first and second brightness range should preferably be at a lamp brightness ⁇ at which no sudden change in the lamp brightness ⁇ can be perceived by the eye due to the insertion of the minimum interpulse interval.
  • the boundary between the second and third brightness ranges is preferably adjusted so that the amplitude of the lamp current during the pulses is large enough to obtain a lamp voltage that can be operated by the inverter.
  • the carrier density in the lamp would become too low.
  • too many charge carriers could recombine during the break, the gas discharge would have to be re-ignited after each interpulse interval.
  • FIG. 6 shows a circuit arrangement according to the invention for controlling the brightness of a low-pressure discharge lamp.
  • a first nominal value DL is used, this behaves to the desired Brightness strictly monotone with minimum value according to the minimum brightness and maximum value according to the maximum brightness.
  • the target value DL is fed to a comparator circuit PWM and to a clamping circuit CL.
  • the comparison circuit PWM can be designed, for example, as a comparator with "open collector" output
  • the clamping circuit CL can, for example, consist of two diodes whose cathodes are connected to the output and to whose anodes the first desired value DL or the minimum value MIN is applied.
  • the clamping circuit CL generates an output signal RV, which is identical to the first setpoint value DL above a certain value MIN. For values of DL less than MIN, RV is identical to MIN.
  • the signal RV is fed as setpoint to a regulator REG.
  • the regulator REG can for example be designed as a PI controller.
  • the signal DL is compared with the output signal of a triangular generator TG, whereby an output signal BL is generated.
  • the frequency and amplitude of the triangular signal for example generated by a self-oscillating circuit, are freely adjustable.
  • the output signal BL is fed to the regulator REG.
  • the signal BL has two states. The first state acts on the regulator REG in such a way that it produces an output signal which via the manipulated variable MV brings the inverter into a state in which no, or almost no, lamp current flows. These times correspond to the interpulse intervals. In the second state, the regulator REG is not affected by the signal BL. In the first case, the "open collector" output of the comparison circuit PWM pulls the reference variable to a value which leads to a manipulated variable corresponding to the interpulse intervals. In the second case, the controller is not affected by BL.
  • the regulator REG controls via its output signal MV, the operating frequency of the inverter INV, which operates a low-pressure discharge lamp. Further, the inverter INV provides a size CV which is proportional to the lamp current.
  • the size CV can be the lamp current itself or the operating frequency of the inverter.
  • the measuring device ME generated from the size CV, a signal AV, which is supplied to the regulator REG as a controlled variable.
  • the signal DL When changing the desired brightness, starting from maximum brightness, first the signal DL has its maximum value, which is greater than the signal ST.
  • the manipulated variable MV is maximum and temporally continuous for this brightness, as FIG. 7a shows. To reduce the brightness DL is reduced, then MV is smaller. As long as DL and ST do not overlap MV remains continuous, Figure 7b. If DL is further reduced, times occur when DL is smaller than the maxima of the triangular signal ST, FIG. 7c. During these phases, the inverter is controlled by MV so that no (or almost no) lamp current flows.
  • the minimum brightness corresponds to a minimum signal DL. This is chosen so that the triangular signal ST is never completely above the signal DL. The minima of ST are always below DL. The distance between the minima of ST also defines the maximum interpulse interval.
  • the inverter when the inverter is supplied with an intermediate circuit voltage, it will not be constant in time, but rather the periodicity of the Supply network corresponding fluctuations.
  • the frequency of the modulation signal is much larger. There may be beats, which can be perceived as flickering of the low-pressure discharge lamp.
  • the phase angle of the triangular signal can be synchronized with the phase position of the mains frequency. For example, it can be achieved by a suitable circuit that a rising edge of the triangular signal is always generated at the time of the network maximum.
  • EP 0 422 255 B1 known circuit can be used to measure the discharge resistance. If this increases strongly, a demolition of the discharge is imminent. Based on the knowledge of the discharge resistance, the regulator REG can be supplied with an additional controlled variable, so that the lamp current is increased in the event of an imminent extinction of the lamp.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät mit Dimmvorrichtung für eine Niederdruckentladungslampe. Sie weist zwei technisch unterschiedliche Möglichkeiten zur Steuerung der Lampenhelligkeit auf. Die erste Möglichkeit zur Helligkeitssteuerung, die jede Ausführungsform der Erfindung aufweist, ist die Steuerung der Lampenhelligkeit mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes. Die zweite Möglichkeit der Helligkeitssteuerung basiert erfindungsgemäß darauf, dass jede Ausführungsform der Erfindung die Niederdruckentladungslampe mit gepulstem Lampenstrom betreiben kann. Insbesondere werden beide Betriebsmodi in bestimmten Helligkeitsbereichen kombiniert eingesetzt.
Figure imgaf001

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung zur Steuerung der Lampenhelligkeit einer Niederdruckentladungslampe, sowie auf ein Verfahren zur Steuerung der Lampenhelligkeit einer Niederdruckentladungslampe.
    • Stand der Technik
  • Elektronische Vorschaltgeräte zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. I.d.R. enthalten sie eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung einer Wechselspannungsversorgung und Aufladen eines häufig als Glättungskondensator bezeichneten Kondensators. Die an diesem Kondensator anliegende Gleichspannung dient zur Versorgung eines Wechselrichters bzw. Inverters (im Folgenden Inverter), der die Niederdruckentladungslampe betreibt. Grundsätzlich erzeugt ein Inverter aus einer gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung oder einer Gleichspannungsversorgung eine Versorgungsleistung für die Lampe, die eine viel höhere Frequenz als die Netzfrequenz aufweist. Ähnliche Vorrichtungen sind auch für andere Lampentypen bekannt, beispielsweise in Form von elektronischen Transformatoren für Halogenlampen.
  • Dimmvorrichtungen zum Betrieb von elektronischen Vorschaltgeräten zur Helligkeitssteuerung von Niederdruckentladungslampen sind an sich bekannt.
  • Eine bekannte Möglichkeit der Helligkeitssteuerung besteht dabei darin, über Regelung der Amplitude des Lampenstromes die Lampenleistung und damit die Lampenhelligkeit einzustellen. Dies kann über eine Annäherung oder Entfernung der Betriebsfrequenz des Inverters von Resonanzfrequenzen des Lampe-Inverter-Systems erfolgen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Hinblick auf die Lampenhelligkeitssteuerung verbessertes elektronisches Vorschaltgerät anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung zur Steuerung der Helligkeit einer Niederdruckentladungslampe mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung zusätzlich dazu ausgelegt ist,
    • die Niederdruckentladungslampe durch zeitlich beabstandete Lampenstrompulse zu betreiben und die Helligkeitssteuerung durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen,
    • die Helligkeitssteuerung in einem ersten Helligkeitsbereich einerseits und einem weiteren Helligkeitsbereich niedrigerer Helligkeit als in dem ersten Helligkeitsbereich andererseits unterschiedlich zu verwirklichen,
    • und die Helligkeitssteuerung in dem ersten Helligkeitsbereich zumindest auch mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes und in dem weiteren Helligkeitsbereich zumindest auch durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Puls und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen,
    sowie durch ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Vorschaltgerätes.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden näher erläutert. Die Offenbarung bezieht sich dabei stets sowohl auf die Verfahrenskategorie als auch auf die Vorrichtungskategorie der Erfindung.
  • Der markante Unterschied zum Stand der Technik ist, dass die Erfindung ein elektronisches Vorschaltgerät vorsieht, welches zwei technisch unterschiedliche Möglichkeiten zur Steuerung der Lampenhelligkeit aufweist. Je nach Ausführung der Erfindung können sich diese beiden Möglichkeiten in verschiedenen Helligkeitsbereichen unterschiedlich ergänzen. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können in verschiedenen Helligkeitsbereichen entweder mit einer der beiden Möglichkeiten die Helligkeit steuern, oder aber auch mit beiden gemeinsam. Wie sich im Weiteren ergibt, hat die Steuerung der Helligkeit über die Amplitudeneinstellung insbesondere auch bei höheren Helligkeitswerten spezifische Vorteile, wohingegen die Einstellung des Tastverhältnisses insbesondere auch bei niedrigeren Helligkeitswerten ihre besonderen Vorteile zeigt. Die Erfindung sieht daher zumindest zwei hinsichtlich der Helligkeitssteuerung oder des "Dimmverfahrens" verschiedene Helligkeitsbereiche vor, wobei in einem sog. ersten Helligkeitsbereich mit höheren Helligkeitswerten zumindest die Amplitudeneinstellung und in einem weiteren Helligkeitsbereich zumindest die Tastverhältniseinstellung Verwendung finden soll. Die Anzahl der unterschiedenen Helligkeitsbereiche, deren Ausdehnung und die Wahl der Methode(n) der Helligkeitssteuerung in diesen Bereichen, hängen im Übrigen von der konkreten Erfindungsausführung und den konkret im Vordergrund stehenden Vorteilen ab.
  • Die erste der beiden Möglichkeiten zur Helligkeitssteuerung, die jede Ausführungsform der Erfindung aufweist, ist die Steuerung der Lampenhelligkeit mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes. Für übliche Niederdruckentladungslampen erlaubt diese eine flackerfreie Helligkeitssteuerung für große und mittlere Lampenströme. Bei kleinen Lampenströmen jedoch versagt diese Möglichkeit in vielen Fällen, weil mit kleiner werdendem Lampenstrom die Lampenspannung soweit ansteigt, bis das elektronische Vorschaltgerät die Lampenspannung nicht mehr zur Verfügung stellen kann. Der Lampenstrom und damit die Gasentladung erlischt.
  • Die zweite der beiden Möglichkeiten der Helligkeitssteuerung basiert erfindungsgemäß darauf, dass jede Ausführungsform der Erfindung die Niederdruckentladungslampe auch mit gepulstem Lampenstrom betreiben kann. Im Folgenden wird der Einfachheit halber gesprochen von Strompulsen und Pausen zwischen diesen Pulsen, den Zwischenpulsintervallen. Während eines Strompulses fließt ein hochfrequenter annähernd sinusförmiger Lampenstrom; ein Strompuls kann durch seine Dauer und die Amplitude der Lampenstromschwingungen während des Pulses charakterisiert werden. Je länger ein Strompuls, umso mehr hochfrequente Stromschwingungen enthält er.
  • Während der Zwischenpulsintervalle fließt kein Lampenstrom, oder zumindest nur wenig im Vergleich zum Stromfluss während der Strompulse. Die Lampenhelligkeit kann über die Dauer der Strompulse und/oder über die Dauer der Zwischenpulsintervalle eingestellt werden. Insgesamt wird so über das Tastverhältnis von Strompulsen und Zwischenpulsintervallen die Lampenhelligkeit verändert.
  • Mit einer solchen Helligkeitssteuerung kann mit kleinen, mittleren und großen Lampenströmen so gearbeitet werden, dass die Lampenhelligkeit flackerfrei erscheint. Insbesondere kann die Lampenhelligkeit weiter reduziert werden als bei der Verwendung der ersten Möglichkeit der Helligkeitssteuerung mit einem ungepulsten Lampenstrom. Der Grund dafür ist, dass innerhalb eines Pulses der Lampenstrom so groß bleiben kann, dass die Lampenspannung für das Vorschaltgerät keine kritisch großen Werte annimmt und das Pulsverfahren dennoch eine Absenkung der mittleren eingekoppelten Leistung erlaubt. Zum einen wird dadurch verhindert, dass der Inverter die Lampenspannung nicht mehr kontinuierlich zur Verfügung stellen kann und die Gasentladung erlischt, zum anderen ist die Abhängigkeit des Lampenstromes von der Lampenspannung bei größeren Lampenströmen nicht mehr so stark. Die Lampenhelligkeit reagiert damit nicht mehr so stark auf kleine Stromschwankungen. Damit ist es zudem möglich, die Niederdruckentladungslampe in einem großen Umgebungstemperaturbereich auch bei kleinen Helligkeiten flackerfrei zu betreiben, denn bei geringen Temperaturen ist die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom bei geringen Lampenströmen besonders ausgeprägt.
  • Es kann jedoch sein, dass eine Steuerung der Lampenhelligkeit ausschließlich über das Tastverhältnis der Strompulse und der Zwischenpulsintervalle bei bestimmten Vorschaltgeräten bei sehr hohen Helligkeitswerten nicht vorteilhaft ist. Bei Verwendung einer resonanten Halbbrückenanordnung als Inverter kann eventuell nicht beliebig schnell zwischen Zwischenpulsintervall und Strompuls umgeschaltet werden, da das System aus Inverter und Niederdruckentladungslampe nicht immer schnell genug von einem Zustand in den anderen Zustand gebracht kann. Insbesondere kann der Lampenstrom bei Verwendung eines resonant arbeitenden Inverters nicht schlagartig auf Null reduziert werden. Daher kann es ein technisch bedingtes minimales Zwischenpulsintervall geben. Die zeitliche Ausdehnung dieses minimalen Zwischenpulsintervalls hängt unter anderem von der Amplitude des Lampenstromes zum Ende eines Strompulses ab. Je größer die Amplitude des Lampenstromes desto länger ist das minimale Zwischenpulsintervall. Bei geringeren Lampenströmen ist das minimale Zwischenpulsintervall kürzer. Mit einer reinen Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes kann also eventuell nicht stufenlos die maximale Helligkeit der Lampe erreicht werden. Dieser Helligkeitsbereich wird dann erst mit einem ungepulst fließenden Strom und über Amplitudeneinstellung erschlossen.
  • Die Erfindung erlaubt die Steuerung der Lampenhelligkeit mittels einer Kombination aus Einstellung der Amplitude des Lampenstromes und einer Einstellung des Tastverhältnisses von Strompulsen. So können die jeweiligen Stärken der beiden Methoden in verschiedenen Helligkeitsbereichen der Lampe genutzt werden. In vorzugsweise zwei oder drei Helligkeitsbereichen können jeweils eine der oben beschriebenen Methoden oder beide in Kombination zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Breite der Helligkeitsbereiche beschränkt. Die Erfindung kann beispielsweise so ausgeführt werden, dass bei kleineren und mittleren Lampenströmen mittels Modulation des Tastverhältnisses der Strompulse gearbeitet wird. Bei größeren Lampenströmen kann die Helligkeitssteuerung dann über die Einstellung der Lampenstromamplitude verwirklicht werden. So kann dann bei größeren Lampenströmen die maximale Helligkeit der Lampe erreicht werden. Bei kleineren Lampenströmen können geringere Helligkeiten als mit der ungepulsten Betriebsweise erreicht werden. Die freie Wahl der Grenzen der Helligkeitsbereiche der Lampe, in denen auf unterschiedliche Weise die Helligkeit gesteuert werden kann, ermöglicht es diese so zu legen, dass ein eventueller Sprung in der Helligkeit, etwa beim Übergang vom kontinuierlichen Lampenstrom zum gepulsten Lampenstrom, verursacht durch das minimal mögliche Zwischenpulsintervall, nicht wahrgenommen werden kann. Dies ist möglich, weil das minimale Zwischenpulsintervall mit abnehmendem Lampenstrom kleiner wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann man in einem ersten Helligkeitsbereich, bei großen Lampenströmen, mit kontinuierlichem Strom beginnen und dann, um die Helligkeit zu reduzieren, die Amplitude verkleinern. Ab einer mittleren Helligkeit kann nun in einem zweiten Helligkeitsbereich der Strom zusätzlich gepulst werden; eine weitere Reduzierung kann durch eine kombinierte Reduktion der Amplitude und Veränderung des Tastverhältnisses erfolgen. Der Sprung in der Lampenhelligkeit, verursacht durch das minimale Zwischenpulsintervall, ist, wie gesagt, bei einer mittleren Helligkeit nicht so ausgeprägt wie ein entsprechender Sprung durch den Übergang zu gepulsten Lampenströmen bei maximaler Amplitude.
  • Die Reduzierung der Helligkeit in diesem zweiten Helligkeitsbereich durch eine kombinierte Reduktion der Stromamplitude und eine Vergrößerung der Zwischenpulsintervalle kann auch bis zum drohenden Abreißen der Gasentladung weitergeführt werden.
  • Es ist aber beispielsweise auch möglich, unterhalb einer bestimmten Lampenhelligkeit, die Amplitude in einem dritten Helligkeitsbereich nicht mehr zu reduzieren und die Lampenhelligkeit nur noch durch eine Veränderung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall zu reduzieren. Bei Bedarf kann so erreicht werden, dass die innerhalb eines Pulses entstehende Ladungsträgerdichte hoch genug ist, um während längerer Zwischenpulsintervalle eine vollständige Rekombination der Ladungsträger zu vermeiden.
  • Schließlich kann der zweite Helligkeitsbereich mit einer kombinierten Verwendung beider Möglichkeiten zur Helligkeitseinstellung auch entfallen; ein Helligkeitsbereich mit ausschließlicher Tastverhältniseinstellung sich also an einen mit ausschließlicher Amplitudeneinstellung anschließen.
  • Durch die vielen Möglichkeiten der Ausgestaltung der Erfindung können die Wahl der Unterteilung der Helligkeitsbereiche und die Kombination der Möglichkeiten zum Steuern des Lampenstromes an die technischen und physikalischen Eigenschaften der individuellen Niederdruckentladungslampe angepasst werden. Diese können sich je nach deren Bauweise stark in ihren Eigenschaften unterscheiden.
  • Kurze Niederdruckentladungslampen mit großem Entladungsgefäßdurchmesser haben eine eher geringe Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom, auch bei kleinen Lampenströmen. Daher kann bei diesen Lampen eine zufrieden stellende Dimmung mit einem Betrieb entsprechend dem ersten und zweiten Helligkeitsbereich erreicht werden.
  • Ausgesprochen dünne und lange Niederdruckentladungslampen haben eine ausgeprägte Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom. Hier kann es sinnvoll sein, lediglich mit dem ersten und dritten Helligkeitsbereich zu arbeiten.
  • Zusätzlich gilt für alle Formen von Entladungsgefäßen, dass die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom vor allem bei kleinen Lampenströmen mit abnehmender Temperatur stärker wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit diskreten Helligkeitsstufen oder falls es nicht gewünscht ist, dass eine erfindungsgemäße Niederdruckentladungslampe die technisch maximal mögliche Helligkeit erreicht, kann diese auch mit dem zweiten und dritten Helligkeitsbereich auskommen.
  • Aus den oben stehenden Erläuterungen ergibt sich, dass der "weitere" Helligkeitsbereich im Sinne der unabhängigen Ansprüche durch den zweiten oder durch den dritten Helligkeitsbereich realisiert sein kann. Aus dem vorstehenden Absatz wurde deutlich, dass der "erste" Helligkeitsbereich im Sinne der unabhängigen Ansprüche bei bestimmten Ausführungsformen auch durch einen hier als zweiten Helligkeitsbereich bezeichneten Betrieb implementiert sein kann, in dem sowohl die Lampenstromamplitude als auch das Tastverhältnis verändert werden.
  • Vorzugsweise wird zur Erzeugung des gepulsten Lampenstromes ein Inverter mit einem gepulsten Signal angesteuert, beispielsweise einem Spannungssignal. Für jede gewünschte Lampenhelligkeit liegt jeweils ein zeitkontinuierliches Signal vor, dessen Signalgröße von der gewünschten Lampenhelligkeit abhängt. Die Erfindung weist einen Signalgenerator zur Erzeugung periodischer Signale auf. Diese Signale können beispielsweise Dreiecks- oder Sägezahnspannungen sein. Eine Vergleichsvorrichtung vergleicht das periodische Signal mit dem der gewünschten Helligkeit entsprechenden kontinuierlichen Signal. Ist für eine bestimmte Helligkeit das kontinuierliche Signal immer größer (oder kleiner) als das periodische, so wird auch ein kontinuierliches Signal an den Inverter weitergereicht. Gibt es eine kleine "Überlappung" - das periodische Signal ist jeweils in der Nähe seiner Maxima (wahlweise auch Minima) größer (oder kleiner) als das einer bestimmten Helligkeit entsprechende kontinuierliche Signal - so definiert diese Überlappung kleine Zwischenpulsintervalle. Daraufhin wird ein gepulstes Signal mit kurzen Zwischenpulsintervallen an den Inverter weitergereicht. Wird die Überlappung etwas größer, so werden die Zwischenpulsintervalle länger. Liegt dann fast das gesamte periodische Signal über (oder unter) dem einer bestimmten Helligkeit entsprechenden kontinuierlichen Signal, so definiert die Überlappung der Minima (respektive Maxima) des periodischen Signals mit dem konstanten Signal die verbleibenden Zeiten in denen ein nennenswerter Lampenstrom fließt. Die Pulse sind jetzt kurz und die Zwischenpulsintervalle lang. Liegt das periodische Signal komplett über (oder unter) dem kontinuierlichen Signal, so bestimmt die Vergleichsvorrichtung die Signaleingabe an den Inverter, es fließt ein konstanter kleiner oder verschwindender Lampenstrom.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangssignal des Signalgenerators mit der Phasenlage der beispielsweise in einer Folge einer Gleichrichtung einer Netzspannung niederfrequent schwankenden Versorgungsspannung des Inverters synchronisiert. Auf diese Weise können eventuell als Flackern der Lampenhelligkeit wahrnehmbare Schwebungen vermieden werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Inverter über einen Regelkreis zu steuern. Dazu weist die Erfindung eine Messvorrichtung auf, welche den Lampenstrom misst und in eine Regelgröße umwandelt. Alternativ kann diese Messvorrichtung auch die Betriebsfrequenz des Inverters messen, oder eine andere mit dem Lampenstrom zusammenhängende Größe, um diese in eine Regelgröße umzuwandeln.
  • Weiter ist dann ein Regler vorgesehen. Der den Inverter ansteuernde Regler erhält drei Eingangssignale. Das erste, einer Regelgröße entsprechende Eingangssignal erhält er von der Messvorrichtung zur Messung des Lampenstromes. Das zweite Eingangssignal kodiert die gewünschte Lampenhelligkeit in Form eines zeitlich kontinuierlichen Signals, dessen Größe für jede gewünschte Helligkeit unterschiedlich ist; es entspricht der Führungsgröße. Das dritte Eingangssignal bestimmt die zeitliche Struktur der Stellgröße des Reglers. Während der Zwischenpulsintervalle setzt es die Stellgröße des Reglers auf einen Wert, der in der Niederdruckentladungslampe den für Zwischenpulsintervalle typischen geringen Strom fließen lässt oder den Stromfluss gänzlich unterbindet. Außerhalb der Zwischenpulsintervalle hat es keinen Einfluss auf die Stellgröße. Das dritte Eingangssignal kodiert somit auch die gewünschte Helligkeit.
  • Die Information über die gewünschte Helligkeit erreicht also über zwei verschiedene Pfade den Regler. Über den ersten der beiden Pfade wird ein für jede gewünschte Helligkeit unterschiedliches kontinuierliches Signal übertragen. Im Fall einer reinen Amplitudeneinstellung der Lampenhelligkeit entspricht dieses Signal der gewünschten Helligkeit. Dieses Signal ist nach unten geklemmt. Das hat den Sinn, dass der Regler die Amplitude des Lampenstromes niemals unter ein einstellbares Minimum an der Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Helligkeitsbereich fallen lässt. Das kann bei kleinen Lampenströmen gewollt sein, wobei dann die Steuerung der Helligkeit nur noch über das Tastverhältnis von Pulsdauer und Zwischenpulsintervall geschieht. Über den zweiten Pfad wird die zeitliche Struktur der Stellgröße bestimmt.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung zur Messung des Lampenwiderstandes vor, zum Beispiel in EP 0 422 255 B1 1991-04-12 Zip-Pos beschrieben. Die Messgröße wird in eine Regelgröße, beispielsweise ein Spannungssignal, umgewandelt und dient als zusätzliche Eingabe zum Regler. Bei einem sich erhöhenden Widerstand der Entladungslampe kann der Regler den Inverter so ansteuern, dass ein Abreißen der Gasentladung durch Erhöhen des Lampenstromes verhindert wird.
  • Da die Erfindung ohne zusätzliche Leistungsbauelemente im Lastkreis auskommen kann, kann bei Bedarf kompakt gebaut werden. Daher eignet sich die Erfindung vorzugsweise zur Integration des elektronischen Vorschaltgerätes in Niederdruckentladungslampen, insbesondere Kompaktleuchtstofflampen (CFL).
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die vorstehende und die folgende Beschreibung beziehen sich auf die Vorrichtungskategorie und die Verfahrenskategorie der Erfindung, ohne dass dies im Einzelnen noch explizit erwähnt wird.
    • Figur 1
    zeigt die Abhängigkeit der Lampenspannung einer erfindungsgemäßen Kompaktleuchtstofflampe vom Lampenstrom; es sind drei interessante Helligkeitsbereiche eingezeichnet.
    Figuren 2 a, b
    zeigen den ungepulsten Lampenstrom als Funktion der Zeit mit zwei verschiedenen Amplituden.
    Figuren 3 a, b
    zeigen zwei Beispiele des gepulsten Lampenstromes mit unterschiedlichem Tastverhältnis zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall und jeweils unterschiedlicher Amplitude.
    Figuren 4 a, b
    zeigen zwei Beispiele des gepulsten Lampenstromes mit unterschiedlichem Tastverhältnis zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall und jeweils identischer Amplitude.
    Figur 5
    zeigt schematisch die Amplitude des Lampenstromes und das Tastverhältnis zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall als Funktion der Lampenhelligkeit. Es sind drei interessante Helligkeitsbereiche eingezeichnet.
    Figur 6
    zeigt eine Anordnung zur Steuerung der Helligkeit der Niederdruckentladungslampe.
    Figuren 7 a-f
    zeigen (in 6 Unterfiguren) wie mittels Vergleich ein Ansteuersignal für den Betrieb der Niederdruckentladungs-lampe generiert wird.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • In Figur 1 ist die Lampenspannung einer erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe als Funktion des Lampenstromes dargestellt, die Lampenkennlinie. Die Lampenspannung nimmt ausgehend von einem Minimum bei maximalem Lampenstrom bei einer Reduzierung des Lampenstromes zunächst nur mäßig zu, die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom ist gering, Helligkeitsbereich 1 in Figur 1. Bei einer weiteren Reduzierung des Lampenstromes nimmt die Lampenspannung immer stärker zu, die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom wird zunehmend ausgeprägter, Helligkeitsbereiche 2 und 3 in Figur 1. Bei Unterschreitung eines minimalen Lampenstromes reißt die Gasentladung ab, wenn die erforderliche Spannung durch den Inverter nicht bereitgestellt werden kann. Die begrenzte Ausgangsspannung des Inverters definiert also den minimalen Lampenstrom, mit dem die Lampe noch kontinuierlich betrieben werden kann, und damit die minimale Helligkeit der Lampe bei ungepulstem Lampenstrom.
  • Mit einem gepulsten Lampenstrom lassen sich jedoch niedrigere mittlere Lampenhelligkeiten erreichen. Dabei wird die Niederdruckentladungslampe im schnellen Wechsel auf zwei Punkten der Lampenkennlinie alternierend betrieben. In den Zwischenpulsintervallen, bei geringen oder verschwindenden Lampenströmen, liegt der entsprechende Lampenstrom weit links auf der Lampenspannungs-/Lampenstromkennlinie. Während der Pulse liegt der Arbeitsbereich bei größeren Lampenströmen weiter rechts auf der Lampenspannungs-/Lampenstromkennlinie. Bei größeren Strömen ist die Spannung der Niederdruckentladungslampe kleiner und der Betrieb der Niederdruckentladungslampe sehr robust, beispielsweise bzgl. der Temperaturabhängigkeit, die bei größeren Lampenströmen nicht so stark ausgeprägt ist.
  • In Anlehnung an Figur 1 wird der gesamte Helligkeitsbereich erfindungsgemäß in drei Helligkeitsbereiche unterteilt. In einem ersten Helligkeitsbereich zwischen maximal möglicher Helligkeit und einem mittleren Helligkeitswert wird die Amplitude des Lampenstromes von einem maximalen zu einem mittleren Wert reduziert. In diesem ersten Helligkeitsbereich ist der Lampenstrom nicht gepulst, seine Amplitude bestimmt die Helligkeit der Lampe.
  • Figur 2a zeigt den Lampenstrom bei maximaler Helligkeit der Lampe, Figur 2b den Lampenstrom bei einer Helligkeit nahe der unteren Grenze des ersten Helligkeitsbereichs. Man sieht, dass sich nur die Amplitude ändert.
  • Anschließend an das Ende des ersten Helligkeitsbereiches und bis zu einer geringeren Lampenhelligkeit wird die Amplitude des Lampenstromes in einem zweiten Bereich weiter reduziert. Zusätzlich wird der Lampenstrom in Pulse und Zwischenpulsintervalle aufgeteilt. Es gibt damit Zeiten, in denen Lampenstrom fließt, und Zeiten, in denen kein Lampenstrom fließt.
  • Bei Helligkeiten knapp an der Grenze zum ersten Helligkeitsbereich ist die Dauer der Zwischenpulsintervalle minimal, die Dauer der Zeiten mit Lampenstrom maximal, wie Figur 3a zeigt. Figur 3b zeigt den Lampenstrom bei einer geringeren Helligkeit als Figur 3a.
  • An den zweiten Helligkeitsbereich schließt sich ein dritter Helligkeitsbereich an. Dieser erstreckt sich bis zur minimalen Helligkeit. Die Amplitude des Lampenstromes wird in diesem dritten Helligkeitsbereich nicht mehr geändert. In diesem dritten Helligkeitsbereich wird nur das Tastverhältnis von Lampenstrompulsen konstanter Amplitude eingestellt. Figur 4a zeigt den Lampenstrom bei einer Helligkeit nahe an der Grenze zum zweiten Heiligkeitsbereich; Figur 4b zeigt den Lampenstrom bei minimaler Helligkeit. Die Dauer der Zwischenpulsintervalle muss dort geringer sein als die Zeit, in der die Ladungsträger in der Lampe vollständig rekombinieren können. Die Rekombinationszeit bestimmt das maximale Zwischenpulsintervall.
  • Figur 5 zeigt die Abhängigkeit der Amplitude AM der Einhüllenden des Lampenstromes und deren Tastverhältnis DC von der Helligkeit Φ der Lampe. Die besagten drei Helligkeitsbereiche sind eingezeichnet.
  • Die Grenze zwischen dem ersten und zweiten Helligkeitsbereich sollte vorzugsweise bei einer Lampenhelligkeit Φ liegen, bei der durch das Einfügen des minimalen Zwischenpulsintervalls keine sprunghafte Änderung der Lampenhelligkeit Φ mit dem Auge wahrnehmbar ist. Je geringer die Lampenstromamplituden sind, desto kürzer sind die minimalen Zwischenpulsintervalle.
  • Die Grenze zwischen dem zweiten und dritten Helligkeitsbereich wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Amplitude des Lampenstromes während der Pulse groß genug ist, um eine vom Inverter bedienbare Lampenspannung zu erhalten. Zudem würde bei einer kleineren als der minimalen Amplitude die Ladungsträgerdichte in der Lampe zu gering werden. Damit könnten in der Pause zu viele Ladungsträger rekombinieren, die Gasentladung müsste nach jedem Zwischenpulsintervall neu gezündet werden.
  • Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung der Helligkeit einer Niederdruckentladungslampe. Zur Regelung der Helligkeit wird ein erster Sollwert DL verwendet, dieser verhält sich zur gewünschten Helligkeit streng monoton mit minimalem Wert entsprechend der minimalen Helligkeit und maximalem Wert entsprechend der maximalen Helligkeit. Genau so gut kann man den Zusammenhang zwischen DL und der gewünschten Helligkeit invers dazu wählen. Der Sollwert DL wird zu einer Vergleicherschaltung PWM und zu einer Klemmschaltung CL geführt. Die Vergleichsschaltung PWM kann beispielsweise als Komparator mit "open collector' Ausgang ausgeführt sein. Die Klemmschaltung CL kann beispielsweise aus zwei Dioden bestehen, deren Kathoden mit dem Ausgang verbunden sind und an deren Anoden der erste Sollwert DL bzw. der Minimalwert MIN gelegt ist.
  • Die Klemmschaltung CL erzeugt ein Ausgangssignal RV, welches oberhalb eines bestimmten Wertes MIN mit dem ersten Sollwert DL identisch ist. Für Werte von DL, die kleiner sind als MIN, ist RV identisch zu MIN. Das Signal RV wird als Sollwert einem Regler REG zugeführt. Der Regler REG kann beispielsweise als PI-Regler ausgeführt sein.
  • In der Vergleichsschaltung PWM wird das Signal DL mit dem Ausgangssignal eines Dreieckgenerators TG verglichen, wobei ein Ausgangssignal BL erzeugt wird. Die Frequenz und Amplitude des Dreiecksignals, etwa erzeugt durch eine selbstoszillierende Schaltung, sind frei einstellbar.
  • Das Ausgangssignal BL wird dem Regler REG zugeführt. Das Signal BL hat zwei Zustände. Der erste Zustand wirkt so auf den Regler REG ein, dass dieser ein Ausgangssignal erzeugt, das über die Stellgröße MV den Inverter in einen Zustand bringt, bei dem kein, oder nahezu kein, Lampenstrom fließt. Diese Zeiten entsprechen den Zwischenpulsintervallen. Im zweiten Zustand wird der Regler REG durch das Signal BL nicht beeinflusst. Der "open collector" Ausgang der Vergleichsschaltung PWM zieht im ersten Fall die Führungsgröße auf einen Wert, der zu einer den Zwischenpulsintervallen entsprechenden Stellgröße führt. Im zweiten Fall wird der Regler durch BL nicht beeinflusst.
  • Der Regler REG steuert über sein Ausgangssignal MV die Betriebsfrequenz des Inverters INV, welcher eine Niederdruckentladungslampe betreibt. Weiter stellt der Inverter INV eine Größe CV zur Verfügung, die zum Lampenstrom proportional ist. Die Größe CV kann dabei der Lampenstrom selbst oder die Betriebsfrequenz des Inverters sein.
  • Die Messeinrichtung ME erzeugt aus der Größe CV ein Signal AV, welches dem Regler REG als Regelgröße zugeführt wird.
  • Bei einer Veränderung der gewünschten Helligkeit, ausgehend von maximaler Helligkeit, hat zunächst das Signal DL seinen maximalen Wert, welcher größer ist als das Signal ST. Die Stellgröße MV ist für diese Helligkeit maximal und zeitlich kontinuierlich, wie Figur 7a zeigt. Zur Verringerung der Helligkeit wird DL verkleinert, daraufhin wird MV kleiner. Solange DL und ST nicht überlappen bleibt MV kontinuierlich, Figur 7b. Wird DL weiter reduziert, treten Zeiten auf, zu denen DL kleiner als die Maxima des Dreiecksignals ST ist, Figur 7c. Während dieser Phasen wird der Inverter mittels MV so gesteuert, dass kein (oder nahezu kein) Lampenstrom fließt. Bei weiterer Reduktion von DL werden zum einen die Phasen ohne Lampenstrom länger, zum anderen sinkt der Wert von MV in den Phasen in denen Lampenstrom fließt weiter ab und damit auch die Amplitude der Lampenstrompulse, Figur 7d. Bei weiterer Reduzierung von DL werden die Phasen in denen kein Lampenstrom fließt länger. Die Amplitude von MV und damit die des Lampenstromes bleibt jedoch während der Pulse konstant, Figuren 7e und 7f.
  • Die minimale Helligkeit entspricht einem minimalem Signal DL. Dieses ist so gewählt, dass das Dreieckssignal ST niemals komplett über dem Signal DL liegt. Die Minima von ST liegen immer unterhalb von DL. Der Abstand zwischen den Minima von ST definiert so auch das maximale Zwischenpulsintervall.
  • Üblicherweise wird bei einer Versorgung des Inverters mit einer Zwischenkreisspannung diese nicht zeitlich konstant sein, sondern der Periodizität des Versorgungsnetzes entsprechende Schwankungen aufweisen. Die Frequenz des Modulationssignals ist viel größer. Es können Schwebungen entstehen, welche als Flackern der Niederdruckentladungslampe wahrgenommen werden können. Um dies zu verhindern kann die Phasenlage des Dreiecksignals mit der Phasenlage der Netzfrequenz synchronisiert werden. Beispielsweise kann durch eine geeignete Schaltung erreicht werden, dass immer zum Zeitpunkt des Netzmaximums eine steigende Flanke des Dreiecksignals erzeugt wird.
  • Mit einem kleinen Signal DL steigt das Risiko eines Erlöschens der Entladung. Um das zu verhindern kann die aus EP 0 422 255 B1 bekannte Schaltung verwendet werden, um den Entladungswiderstand zu messen. Steigt dieser stark an, steht ein Abriss der Entladung unmittelbar bevor. Basierend auf der Kenntnis des Entladungswiderstandes kann dem Regler REG eine zusätzliche Regelgröße zugeführt werden, so dass bei einem drohenden Erlöschen der Lampe der Lampenstrom erhöht wird.

Claims (13)

  1. Elektronisches Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung zur Steuerung der Helligkeit einer Niederdruckentladungslampe mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung zusätzlich dazu ausgelegt ist,
    - die Niederdruckentladungslampe durch zeitlich beabstandete Lampenstrompulse zu betreiben und die Helligkeitssteuerung durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen,
    - die Helligkeitssteuerung in einem ersten Helligkeitsbereich einerseits und einem weiteren Helligkeitsbereich niedrigerer Helligkeit als in dem ersten Helligkeitsbereich andererseits unterschiedlich zu verwirklichen,
    - und die Helligkeitssteuerung in dem ersten Helligkeitsbereich zumindest auch mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes und in dem weiteren Helligkeitsbereich zumindest auch durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Puls und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen.
  2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, welches dazu ausgelegt ist, in dem ersten Helligkeitsbereich die Steuerung der Helligkeit nur durch Einstellung der Amplitude des Lampenstromes zu verwirklichen.
  3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, welches dazu ausgelegt ist, in einem zweiten Helligkeitsbereich die Steuerung der Helligkeit durch Einstellung der Amplitude des Lampenstromes und durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen.
  4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches dazu ausgelegt ist, in einem dritten Helligkeitsbereich die Steuerung der Helligkeit nur durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen
  5. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zur Erzeugung der zeitlich beabstandeten Lampenstrompulse, die beinhaltet
    - einen Signalgenerator (TG) zur Erzeugung eines periodischen Signals und
    - eine Einrichtung (PWM) zum Vergleich des periodischen Signals mit einem der gewünschten Helligkeit entsprechenden kontinuierlichen Signal, wobei die Überlappung zwischen dem periodischen Signal und dem konstanten Signal die Dauer der Signalpulse und deren Zwischenpulsintervall bestimmt.
  6. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5 mit einer Vorrichtung zur Synchronisierung der beabstandeten Signalpulse mit der Versorgungsspannung eines Inverters (INV) zur Erzeugung des Lampenstromes, wobei das Ausgangssignal des Signalgenerators (TG) mit der Phasenlage der niederfrequent schwankenden Versorgungsspannung des Inverters (INV) synchronisiert wird.
  7. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit
    - einem Inverter (INV) zur Erzeugung des Lampenstromes,
    - einer Messvorrichtung (ME) zur Messung des Lampenstromes oder einer vom Lampenstrom abhängigen Größe und zur Erzeugung einer Regelgröße (AV),
    - einem Regler (REG) zur Steuerung des Inverters (INV).
  8. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5 und 7, welches dazu ausgelegt ist, die Ausgabe der Vergleichseinrichtung (PWM) dem Regler als blockierendes Signal (BL) zuzuführen.
  9. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7 oder 8, mit einer Einrichtung zum Verhindern des Abreißens der Gasentladung, welche ausgelegt ist zur Messung des Lampenwiderstandes und zur Umwandlung des Lampenwiderstandes in eine zusätzliche Regelgröße.
  10. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7, 8 oder 9 mit einer Einrichtung zur Klemmung eines der gewünschten Helligkeit entsprechenden Signals (DL) dergestalt, dass den Regler (REG) während der Strompulse unter allen Umständen zumindest ein minimales Signal erreicht, welches als Führungsgröße fungiert.
  11. Niederdruckentladungslampe mit integriertem elektronischem Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Niederdruckentladungslampe mittels eines elektronischen Vorschaltgerätes mit Dimmvorrichtung durch Steuerung der Amplitude des Lampenstromes,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung zusätzlich genutzt wird,
    - die Niederdruckentladungslampe durch zeitlich beabstandete Lampenstrompulse zu betreiben und durch Steuerung des Tastverhältnisses zwischen Pulsdauer und dem Zwischenpulsintervall des Lampenstromes die Helligkeit zu steuern,
    - die Helligkeitssteuerung in einem ersten Helligkeitsbereich einerseits und einem weiteren Helligkeitsbereich niedrigerer Helligkeit als in dem ersten Helligkeitsbereich andererseits unterschiedlich zu verwirklichen,
    - und die Helligkeitssteuerung in dem ersten Helligkeitsbereich zumindest auch mittels Einstellung der Amplitude des Lampenstromes und in dem weiteren Helligkeitsbereich zumindest auch durch Einstellung des Tastverhältnisses zwischen Puls und Zwischenpulsintervall des Lampenstromes zu verwirklichen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12 unter Verwendung eines Vorschaltgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
EP06004877A 2005-03-22 2006-03-09 Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung Not-in-force EP1708549B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005013308A DE102005013308A1 (de) 2005-03-22 2005-03-22 Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP1708549A2 true EP1708549A2 (de) 2006-10-04
EP1708549A3 EP1708549A3 (de) 2007-04-25
EP1708549B1 EP1708549B1 (de) 2008-05-07

Family

ID=36636955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06004877A Not-in-force EP1708549B1 (de) 2005-03-22 2006-03-09 Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7330001B2 (de)
EP (1) EP1708549B1 (de)
CN (1) CN1849031B (de)
DE (2) DE102005013308A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009077951A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Dimmable light generating device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0422255A1 (de) * 1989-10-09 1991-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches Vorschaltgerät
DE3943350A1 (de) * 1989-12-29 1991-07-04 Zumtobel Ag Verfahren und vorschaltgeraet zum dimmen von leuchtstoffroehren
EP0504967A1 (de) * 1991-03-15 1992-09-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Schaltungsanordnung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914572A (en) * 1997-06-19 1999-06-22 Matsushita Electric Works, Ltd. Discharge lamp driving circuit having resonant circuit defining two resonance modes
WO2002035893A1 (en) * 2000-10-25 2002-05-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Circuit arrangement
TW200512713A (en) * 2003-09-16 2005-04-01 Beyond Innovation Tech Co Ltd PWM illumination control circuit with low visual noise
TWI254267B (en) * 2003-11-17 2006-05-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Dimming control method and lighting system employing the same
US7075254B2 (en) * 2004-12-14 2006-07-11 Lutron Electronics Co., Inc. Lighting ballast having boost converter with on/off control and method of ballast operation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0422255A1 (de) * 1989-10-09 1991-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Elektronisches Vorschaltgerät
DE3943350A1 (de) * 1989-12-29 1991-07-04 Zumtobel Ag Verfahren und vorschaltgeraet zum dimmen von leuchtstoffroehren
EP0504967A1 (de) * 1991-03-15 1992-09-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Schaltungsanordnung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009077951A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Dimmable light generating device
RU2482639C2 (ru) * 2007-12-14 2013-05-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Регулируемое светогенерирующее устройство
US8487540B2 (en) 2007-12-14 2013-07-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable light-level production using different dimming modes for different light-output ranges

Also Published As

Publication number Publication date
US20060214601A1 (en) 2006-09-28
CN1849031B (zh) 2010-12-08
EP1708549B1 (de) 2008-05-07
DE502006000720D1 (de) 2008-06-19
DE102005013308A1 (de) 2006-09-28
CN1849031A (zh) 2006-10-18
US7330001B2 (en) 2008-02-12
EP1708549A3 (de) 2007-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60122727T2 (de) Intregrierte schaltung zur lampenerwärmung und dimmersteuerung
DE4132299C5 (de) Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe für ein Fahrzeug
DE69301561T3 (de) Vorrichtung für Gleichstrom-Leistungsversorgung
DE102005006587B4 (de) Wechselrichter insbesondere für eine konstante Lichtabgabe einer Kaltkathodenfluoreszenzlampe und Verfahren zum Betrieb dieses Wechselrichters
EP3262896B1 (de) Schaltregler zum betreiben von leuchtmitteln mit spitzenstromwertsteuerung und mittelstromwerterfassung
WO2001053030A1 (de) Verfahren zum regeln und/oder steuern einer schweissstromquelle mit einem resonanzkreis
DE10296991T5 (de) Entladelampen-Betätigungsvorrichtung
DE3432266A1 (de) Elektronisches vorschaltgeraet fuer fluoreszenzlampen sowie verfahren zu dessen betrieb
EP1938669B1 (de) Verfahren zum betreiben einer gasentladungslampe
AT518059B1 (de) Lampentyperkennung durch leistungsfaktorkorrekturschaltung
EP2604097B1 (de) Modulation eines pfc bei dc-betrieb
EP1737279A2 (de) Vorrichtung zum Bereitstellen einer sinusförmig amplitudenmodulierten Betriebsspannung Beleuchtungssystem und Verfahren zum Erzeugen einer amplitudenmodulierten Spannung
DE4441140A1 (de) Dimmschaltung für Leuchtstofflampen
DE102005030599A1 (de) Steuerungsverfahren für zweistufige Konverter
EP1708549B1 (de) Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung
DE4340604A1 (de) Elektronisches Vorschaltgerät zum Versorgen einer Last, beispielsweise einer Lampe
DE10120497B4 (de) Elektronisches Vorschaltgerät
EP1705964B1 (de) Vorschaltgerät mit Dimmvorrichtung
DE102016107578B4 (de) Betriebsschaltung und Verfahren zum Betreiben wenigstens eines Leuchtmittels
EP1476003B1 (de) Betriebsgerät und Verfahren zum Betreiben von Gasentladungslampen
EP1994805B1 (de) Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe
EP2094066B1 (de) Verfahren zur Lichtstromsteuerung von gedimmten Leuchtmitteln sowie Schaltungsanordnung dafür
WO2007003171A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe
EP1377135A2 (de) Entladungslampenbetriebsschaltung mit Schaltung zur Detektion der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb
DE10340198B4 (de) Schaltungsanordnung zum Dimmen von Gasentladungslampen und Verfahren zu ihrem Betrieb

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

17P Request for examination filed

Effective date: 20070522

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE FR GB HU IT

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB HU IT

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20080619

Kind code of ref document: P

REG Reference to a national code

Ref country code: HU

Ref legal event code: AG4A

Ref document number: E003996

Country of ref document: HU

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20090210

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Ref country code: DE

Ref legal event code: R409

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R409

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Owner name: OSRAM GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: OSRAM GESELLSCHAFT MIT BESCHRAENKTER HAFTUNG, 81543 MUENCHEN, DE

Effective date: 20111213

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20120328

Year of fee payment: 7

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Owner name: OSRAM GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: OSRAM AG, 81543 MUENCHEN, DE

Effective date: 20130205

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20130321

Year of fee payment: 8

Ref country code: DE

Payment date: 20130321

Year of fee payment: 8

Ref country code: FR

Payment date: 20130408

Year of fee payment: 8

Ref country code: HU

Payment date: 20130319

Year of fee payment: 8

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Owner name: OSRAM GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: OSRAM GMBH, 81543 MUENCHEN, DE

Effective date: 20130823

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20140309

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20141128

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Effective date: 20111001

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502006000720

Country of ref document: DE

Effective date: 20141001

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140309

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140331

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141001

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140310

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140309