EP1872627A2 - Parametrisierbarer digitaler pfc - Google Patents

Parametrisierbarer digitaler pfc

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EP1872627A2
EP1872627A2 EP06723768A EP06723768A EP1872627A2 EP 1872627 A2 EP1872627 A2 EP 1872627A2 EP 06723768 A EP06723768 A EP 06723768A EP 06723768 A EP06723768 A EP 06723768A EP 1872627 A2 EP1872627 A2 EP 1872627A2
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EP
European Patent Office
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link
controller
voltage
lamp
ballast
Prior art date
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EP06723768A
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English (en)
French (fr)
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EP1872627B1 (de
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Günter MARENT
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
Tridonicatco GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1872627A2 publication Critical patent/EP1872627A2/de
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Publication of EP1872627B1 publication Critical patent/EP1872627B1/de
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—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

Definitions

  • the present invention relates to control gear for lamps, in particular to an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp.
  • High frequency filter which is connected to a rectifier circuit.
  • the supply voltage directed by the rectifier circuit is supplied to a smoothing circuit for generating an intermediate circuit voltage (bus voltage).
  • An inverter fed with the intermediate circuit voltage finally generates a high-frequency alternating voltage, which is applied to the load circuit with the gas discharge lamp arranged therein.
  • the operation with the high-frequency AC voltage among other things, an increase in the luminous efficiency of the lamp result.
  • By changing the operating frequency is also given the opportunity to operate the lamp in different levels of brightness (dimming).
  • the invention relates in particular to electronic ballasts with a smoothing circuit (English: Power Factor Correction, PFC), which the the Inverter supplied DC link voltage
  • DC link voltage regulated to a predetermined setpoint which is done by a arranged within the smoothing circuit control circuit. This compares the current value of the intermediate circuit voltage as an actual value with an internally specified value and accordingly controls the energy consumption of the ballast and thus the value of the intermediate circuit voltage.
  • a control of the energy consumption is usually carried out with the aid of a controllable switching element.
  • this smoothing circuit switching element can result in harmonics which "re-radiate" into the connected power supply, which means that the voltage and current at the input of the ballast diverge in phase and distortion occurs which results in the generation of harmonics generated by the ballast
  • harmonics in the network can have a disruptive effect
  • standards usually require that during normal operation of the gas discharge lamp the harmonics generated by an electronic ballast only "re-radiate” below a certain level into the network.
  • the smoothing circuit should therefore be designed so that a divergence of the voltage and the current in terms of their phase is avoided as possible.
  • EP 1189490 A1 The starting point of EP 1189490 A1 is accordingly an electronic ballast which is operated with constant supply voltage and constant power. So there is a non-dimmable electronic ballast.
  • the present invention has now set itself the task of extending the flexibility of the smoothing circuit (PFC) such that it is particularly fair in terms of requirements for a dimmable electronic ballast.
  • PFC smoothing circuit
  • an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp.
  • the ballast is supplied with an input voltage and has a smoothing circuit controlled by an intermediate circuit voltage regulator for generating a regulated DC link voltage and an inverter stored with the DC link voltage. At least one lamp can be connected to the inverter.
  • the ballast external commands such as dimming, can be supplied.
  • the DC link controller has properties that depend on the applied commands.
  • the properties of the DC link regulator are also possibly changed within the same operating state (preheating, ignition, normal operation), in particular when an external dimming value specification changes.
  • the external commands are to be distinguished in this respect from the "internal" operating states, which according to EP 1 189 490 A1 cause different characteristics of the smoothing circuit.
  • a controller can be assigned to the DC link controller, to which the external commands can be supplied and which transmits to the DC link controller dependent setpoints with respect to the dynamic characteristics or other properties of the DC link regulation.
  • setpoints are, for example, values with regard to the DC link voltage, the time constants of the DC link controller and the permissible harmonics (THD).
  • a bidirectional communication can take place between the controller and the DC link controller in which the DC link controller transmits to the controller operating parameters of the smoothing circuit. These operating parameters can be, for example, the type and / or the level of the applied input voltage and / or the intermediate circuit voltage.
  • the controller can be software controlled.
  • the controller may be connected to a memory in which a look-up table (LUT) is stored, the defined external commands, for example
  • the controller can also determine the setpoint values for the DC link control, depending on the external commands, via implemented functions.
  • the characteristics of the DC link regulator may also be adjustable depending on the type and / or the level of the input voltage of the electronic ballast.
  • an electronic ballast (EVG) is provided, in which the DC link controller receives set values for the operation of the smoothing circuit from a software-controlled controller.
  • EMG electronic ballast
  • the addition of the software-controlled controller thus allows a much more flexible design of the electronic ballast in comparison to the prior art, which brings advantages in particular with dimmable but also with non-dimmable ballasts.
  • the invention also relates to an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp, with one supplied with an input voltage and controlled by an intermediate circuit voltage regulator
  • Output is connected to a load circuit in which at least one lamp can be used, wherein - the intermediate circuit voltage controller directly or indirectly detects the output power of the load circuit, and the intermediate circuit voltage controller has properties that depend on the output power of the load circuit.
  • the invention further relates to lamps with such ballasts, to methods for operating an electronic ballast and a computer software program product to support such methods.
  • the invention also expressly relates to a microcontroller, as it can be used in such methods or ballasts.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electronic ballast for a fluorescent lamp with a digital DC link voltage controller.
  • Fig. 1 In the schematic representation of the electronic ballast according to the invention shown in Fig. 1 was on the representation of the rectifier circuit, which is usually formed by a full-bridge rectifier omitted.
  • the rectified mains voltage is supplied to the smoothing circuit, which is formed in the illustrated example by a boost converter, which consists of an inductor Ll, a diode Dl, a storage capacitor Cl and controlled by the DC link voltage regulator 1 switching elements in the form of a field effect transistor Sl.
  • the intermediate circuit voltage V 2 provided by the smoothing circuit is supplied to a load circuit 2 containing the inverter 7 and the load circuit 8 with the gas discharge lamp LA arranged therein, which can be a fluorescent lamp.
  • the current value of the intermediate circuit voltage V z is first detected via the input line 9.
  • the intermediate circuit voltage V z could also be detected indirectly, for example via the input voltage.
  • this analog value of the intermediate circuit voltage Vz is converted by an analog-to-digital converter 2 into a digital value u (k). The conversion takes place in each clock cycle of the intermediate circuit voltage regulator 1, wherein the clock is predetermined by a central clock in the form of a fixed-frequency oscillator 3.
  • the clock signals of the clock generator 3 are also fed to a computer unit 5, which forms the core of the digital intermediate circuit voltage regulator 1, and to a control block 6 for driving the field-effect transistor Sl.
  • the arithmetic unit 5 serves to calculate a control value y (k) in each clock cycle, which is transmitted to the control block 6. This sets the control value y (k) in a signal for operating the field effect transistor Sl and thus controls its on-time.
  • the switching of the field effect transistor Sl takes place at a time at which no current flows through the diode Dl, as a result, the switching losses are reduced.
  • a detection winding L2 which is inductively coupled to the inductance Ll of the boost converter. Locks the field effect transistor Sl, the current through the inductance Ll drops continuously until it reaches the zero point at a certain time.
  • This Time is detected by means of the detection coil L2 of the control block L6 and the field effect transistor Sl switched through while avoiding switching losses again.
  • the control value y (k) specifies how long the field effect transistor S1 is turned on. By the duration of the power consumption of the ballast and thus the amount of the provided intermediate circuit voltage V z is determined. However, it is also possible, instead of the switch-on time of the switch Sl, to change its duty cycle as a function of the current control value y (k).
  • control value y (k) takes place not only on the basis of the current actual value u (k) of the intermediate circuit voltage V z , but also on the basis of the actual values and the control values in the previous clock cycles. Due to the digital properties, the control value y (k) is calculated according to a specific function, ideally after an infinite series. This infinite series consists of series members, which however in the present example are aborted after the third term in order to keep the effort for calculating the control value within an acceptable range. This means that the current control value y (k) is calculated, for example, using the following equation:
  • y (k) al * y (k-l) + a2 * y (k-2) + bl * u (k) + b2 * u (k-l) + b3 * u (k-2)
  • y (kl) and y (k-2) denote the values of the control value in the previous and pre-previous clock cycles, respectively, while the values u (kl) and u (k-2) denote the actual values in the previous and previous clock cycles, respectively ,
  • u (kl) and u (k-2) denote the actual values in the previous and previous clock cycles, respectively .
  • the parameters used to weight the individual row members determine the dynamic behavior of the DC link voltage regulator 1. Accordingly, by using different parameter sets for the control block 6 in calculating the control value y (k), the DC link voltage regulator 1 adapted to different requirements.
  • the arithmetic unit 5 of the DC link regulator 1 is assigned an integrated controller 10, which communicates bidirectionally with the arithmetic unit 5 of the intermediate-time regulator 1 (see reference numeral 11).
  • the controller 10 is connected to a memory 12. Via a digital interface 13, the controller 10 can receive digital commands, such as dimming value specifications, but also, for example, send status messages or error messages to a connected digital bus, for example with the DALI standard.
  • digital commands such as dimming value specifications, but also, for example, send status messages or error messages to a connected digital bus, for example with the DALI standard.
  • the DC link controller 1, the controller 10 with the interface 13 and the memory 12 may be embodied for example as an ASIC.
  • the software-controlled controller 10 thus receives externally supplied digital commands via the interface 13. Furthermore, the arithmetic unit 5 of the DC link regulator 1 can report back status information or operating parameters to it. Typical examples of this feedback from the arithmetic unit 5 of the DC link regulator to the controller 10 are the type and / or level of the applied input voltage and the current value of the DC link voltage V z .
  • Output power of the at least one lamp having load circuit can now the controller 10 of the arithmetic unit 5 of the DC link controller 1 to transmit setpoints for the operation.
  • setpoints can, for example, affect the following parameters:
  • the controller coefficients must be changed for small dimming values to adapt to the dynamics and stability requirements of the control.
  • the T 0N ⁇ values for the switch can be preset and optimized from the table.
  • the modulation of the T 0N values of the switch should be reduced for smaller input voltages.
  • the DC link controller 1 is set via software depending on externally supplied commands, such as dimming values or feedback from DC link controllers. Furthermore, the DC link regulator can be set to the output power of the load circuit containing the lamp.
  • the external default value is in this case, for example, a signal from a controller for the power of the output circuit.
  • This setting is particularly important for dimmable electronic ballasts, which may experience static load changes due to variable lamp power compared to non-dimmable electronic ballasts.
  • properties of the smoothing circuit it must be possible for properties of the smoothing circuit to be changed even in an operating phase, in particular during operation of the lamp in the ignited state.
  • the maximum amplitude as well as the nature of the power supply can be measured according to the invention either directly (for example via the voltage divider and an AD converter). Alternatively, they can be detected indirectly using the following mathematical function:
  • V 1n V z x T of f / T 0n + T off
  • T Off is the switch-off duration of switch S1 and T 0n is the switch-on time of this switch.
  • the controller 10 may also determine these specifications via implemented functions.
  • the maximum value of the applied AC voltage can be decided on a specific geographical area (for example, Europe or USA).
  • this indirect coverage of the geographic scope can be used to determine acceptable THD limits. Accordingly, then the specifications for the DC link control can be made such that the prevailing in the corresponding geographical area standards are met.
  • the bus voltage setpoint specification can be adjusted depending on the height of the detected AC voltage, in principle, the rule applies that the bus voltage is set the higher, the higher the maximum amplitude of the applied AC voltage.

Landscapes

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

Abstract

Ein dimmbares Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, weist eine mit einer Eingangsspannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter auf, der die Lampe versorgt. Dem Vorschaltgerät werden dabei Dimmwerte zur Vorgabe einer Soll-Lampenleistung zugeführt. Der Zwischenkreis-Regler weist erfindungsgemäss bei unterschiedlichen anliegenden Dimmwerten unterschiedliche Eigenschaften auf.

Description

Parametrisierbarer digitaler PFC
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Betriebsgeräte für Leuchtmittel, insbesondere auf ein elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Leuchtstofflampe.
Den Eingang aus dem Stand der Technik bekannter elektronischer Vorschaltgeräte bildet üblicherweise ein an eine Spannungsversorgung angeschlossenes
Hochfrequenzfilter, welches mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die von der Gleichrichterschaltung gerichtete Versorgungsspannung wird an einer Glättungsschaltung zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung (Busspannung) zugeführt. Ein mit der ZwischenkreisSpannung gespeister Wechselrichter erzeugt schließlich eine hochfrequente Wechselspannung, welche an den Lastkreis mit der darin angeordneten Gasentladungslampe angelegt wird. Das Betreiben mit der hochfrequenten Wechselspannung hat unter anderem eine Steigerung der Lichtausbeute der Lampe zur Folge. Durch eine Änderung der Betriebsfrequenz ist darüberhinaus die Möglichkeit gegeben, die Lampe in unterschiedlichen Helligkeitsstufen (Dimmwerten) zu betreiben.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektronische Vorschaltgeräte mit einer Glättungsschaltung (englisch: Power Factor Correction, PFC) , welche die dem Wechselrichter zugeführte ZwischenkreisSpannung
(Busspannung) bereitstellt. Üblicherweise wird dabei die
ZwischenkreisSpannung auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt, was durch eine innerhalb der Glättungsschaltung angeordnete Regelschaltung erfolgt. Diese vergleicht den aktuellen Wert der Zwischenkreisspannung als Istwert mit einem intern vorgegebenen Sollwert und steuert dementsprechend die Energieaufnahme des Vorschaltgerätes und damit den Wert der Zwischenkreisspannung. Eine Steuerung der Energieaufnahme erfolgt dabei üblicherweise mit Hilfe eines steuerbaren Schaltelementes.
Die Schaltvorgänge dieses Schaltelements der Glättungsschaltung können allerdings zu Oberwellen führen, welche in das angeschlossene Spannungsversorgung „zurückstrahlen". Dies bedeutet, dass Spannung und Strom am Eingang des Vorschaltgerätes hinsichtlich ihrer Phase auseinanderlaufen und eine Verzerrung eintritt, die zur Erzeugung von Oberwellen führt, welche vom angeschlossenen Metz wahrgenommen werden können. Da sich jedoch die Oberwellen im Netz störend auswirken können, verlangen üblicherweise Normen, das während eines Normalbetriebes der Gasentladungslampe die von einem elektronischen Vorschaltgerät erzeugten Oberwellen nur unterhalb eines bestimmten Pegels in das Netz „zurückstrahlen". Die Glättungsschaltung sollte daher so ausgelegt werden, dass ein auseinanderlaufen der Spannung und des Stroms hinsichtlich ihrer Phase möglichst vermieden wird.
Aus der EP 1189490 Al ist ein gattungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät bekannt. Bei diesem bekannten elektronischen Vorschaltgerät weist der Zwischenkreisspannungs-Regler in unterschiedlichen Betriebsphasen (Vorheizen, Zünden, Normalbetrieb) der Lampe unterschiedliche dynamische Regeleigenschaften auf. Dadurch soll gewährleistet sein, dass die Glättungsschaltung in den verschiedenen Betriebsphasen der Lampe jeweils für die entsprechende Betriebsphase optimale Eigenschaften aufweist.
Ausgangspunkt der EP 1189490 Al ist demgemäß ein elektronisches Vorschaltgerät, dass mit konstanter VersorgungsSpannung und mit konstanter Leistung betrieben wird. Es liegt also ein nicht-dimmbares elektronisches Vorschaltgerät vor.
Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr zur Aufgabe gesetzt, die Flexibilität der Glättungsschaltung (PFC) derart zu erweitern, dass es insbesondere hinsichtlich der Anforderungen an ein dimmbares elektronisches Vorschaltgerät gerecht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist also ein elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Leuchtstofflampe vorgesehen. Das Vorschaltgerät wird mit einer EingangsSpannung versorgt und weist eine von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerte Glättungsschaltung zum Erzeugen einer geregelten DC- ZwischenkreisSpannung sowie einem mit der DC- ZwischenkreisSpannung gespeicherten Wechselrichter auf. An den Wechselrichter ist wenigstens eine Lampe anschließbar. Im Gegensatz zu der EP l 189 490 Al ist vorgesehen, dass dem Vorschaltgerät externe Befehle wie beispielsweise Dimmwerte, zuführbar sind. Der Zwischenkreis-Regler weist dabei Eigenschaften auf, die von den anliegenden Befehlen abhängen. Im Gegensatz zu der EP 1 189 490 Al werden also ggf- auch innerhalb desselben Betriebszustands (Vorheizen, Zünden, Normalbetrieb) die Eigenschaften des Zwischenkreis-Reglers geändert, insbesondere dann, wenn sich eine externe Dimmwertvorgabe ändert.
Die externen Befehle sind insofern von den „internen" Betriebszuständen zu unterscheiden, die gemässe der EP 1 189 490 Al unterschiedliche Eigenschaften der Glättungsschaltung hervorrufen.
Dazu kann dem Zwischenkreis-Regler ein Controller zugeordnet sein, dem die externen Befehle zuführbar sind und der dem Zwischenkreis-Regler von den aktuell anliegenden Befehlen abhängige Sollwerte bzgl. der dynamischen Eigenschaften oder anderer Eigenschaften der Zwischenkreisreglung übermittelt.
Beispiele für diese Sollwerte sind beispielsweise Werte bezüglich der Zwischenkreisspannung, der Zeitkonstanten des Zwischenkreisreglers sowie der zulässigen Oberwellen (THD) .
Zwischen dem Controller und dem Zwischenkreis-Regler kann eine bidirektionale Kommunikation erfolgen, bei der der Zwischenkreis-Regler dem Controller Betriebsparameter der Glättungsschaltung übermittelt. Diese Betriebsparameter können beispielsweise die Art und/oder der Pegel der anliegenden EingangsSpannung und/oder der Zwischenkreisspannung sein. Der Controller kann Software-gesteuert sein.
Der Controller kann mit einem Speicher verbunden sein, in dem eine Vergleichstabelle (LUT - Look-Up-Table) abgelegt ist, die definierten externen Befehlen, beispielsweise
Dimmwerten, entsprechende Sollwerte für die
Glättungsschaltung zuweist. Alternativ kann der Controller die Sollwerte für die Zwischenkreisreglung abhängig von den externen Befehlen auch über implementierte Funktionen ermitteln.
Zusätzlich oder alternativ zu der Abhängigkeit von den extern zugeführten Befehlen können die Eigenschaften des Zwischenkreis-Reglers auch abhängig von der Art und/oder dem Pegel der EingangsSpannung des elektronischen Vorschaltgerätes einstellbar sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) vorgesehen, bei dem der Zwischenkreis-Regler von einem Softwaregesteuerten Controller Sollwerte für den Betrieb der Glättungsschaltung erhält. Das Hinzufügen des Softwaregesteuerten Controllers ermöglicht also eine weitaus flexiblere Ausgestaltung des elektronisches Vorschaltgerätes im Vergleich zum Stand der Technik, was insbesondere bei dimmbaren aber auch bei nicht-dimmbaren Vorschaltgeräten Vorteile mit sich bringt.
Schliesslich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer EingangsSpannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten
Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC- ZwischenkreisSpannung sowie einen mit der DC-
Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, an dessen
Ausgang ein Lastkreis angeschlossen ist, in den wenigstens eine Lampe einsetzbar ist, wobei - der Zwischenkreisspannungs-Regler direkt oder indirekt die Ausgangsleistung des Lastkreises erfasst, und der Zwischenkreisspannungs-Regler Eigenschaften aufweist, die von der Ausgangsleistung des Lastkreises abhängen .
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf Leuchten mit derartigen Vorschaltgeräten, auf Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgerätes sowie ein Computer- Softwareprogramm-Produkt zur Unterstützung derartiger Verfahren.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auch ausdrücklich auf einen Mikrocontroller, wie er bei derartigen Verfahren bzw. Vorschaltgeräten Verwendung finden kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr bezugnehmend auf die einzige Figur der in der Anlage beigefügten Zeichnungen und anhand eines detaillierten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:
Die Fig. 1 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine Leuchtstofflampe mit einem digitalen Zwischenkreisspannungs- Regler.
Bei der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes wurde auf die Darstellung der Gleichrichterschaltung, die üblicherweise durch einen Vollbrückengleichrichter gebildet wird, verzichtet. Die gleichgerichtet Netzspannung wird der GlättungsSchaltung zugeführt, die im dargestellten Beispiel durch einen Hochsetzsteller gebildet wird, der aus einer Induktivität Ll, eine Diode Dl, einem Speicherkondensator Cl und einem von dem Zwischenkreisspannungs-Regler 1 gesteuerten Schaltelementen in Form eines Feldeffekttransistors Sl besteht. Die von der Glättungsschaltung bereitgestellte ZwischenkreisSpannung V2 wird einem den Wechselrichter 7 sowie den Lastkreis 8 mit der darin angeordneten Gasentladungslampe LA, bei der es sich um eine Leuchtstofflampe handeln kann, enthaltenden Lastkreis 2 zugeführt .
Die Funktionsweise eines Hochsetzstellers ist im Prinzip bereits bekannt und soll daher im folgenden lediglich kurz zusammengefasst werden. Ist der Feldeffekttransistor Sl leitend, steigt der Strom in der Induktivität Ll linear an. Sperrt hingegen der Feldeffekttransistor Sl, entlädt sich der Strom in den Speicherkondensator Cl, so dass an diesem eine aus einer Gleichspannung mit Welligkeit („Modulation") bestehende ZwischenkreisSpannung Vz entsteht. Durch ein gezieltes Ansteuern des Feldeffekttransistors Sl kann die Energieaufnahme des Aufwärtswandlers und damit auch die an dem Speicherkondensator Cl anliegende ZwischenkreisSpannung V2 beeinflusst werden. Dabei besteht die Möglichkeit, die Energieaufnahme durch eine Veränderung der Einschaltzeit oder des Tastverhältnisses T0N des Schalters Sl zu variieren. Im Folgenden soll nun der Zwischenkreisspannungs-Regler 1, der im dargestellten Beispiel als digitaler Regler ausgestaltet ist, näher erläutert werden. Über die Eingangsleitung 9 wird zunächst der aktuelle Wert der Zwischenkreisspannung Vz erfasst. Alternativ zu dieser direkten Erfassung könnte die Zwischenkreisspannung Vz allerdings auch indirekt, beispielsweise über die EingangsSpannung erfasst werden. Zur digitalen Weiterverarbeitung wird dieser analoge Wert der Zwischenkreisspannung Vz durch einen Analog-zu-Digital- Umsetzer 2 in einem Digitalwert u(k) umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt in jedem Taktzyklus des Zwischenkreisspannungs-Reglers 1, wobei der Takt durch einen zentralen Taktgeber in Form eines Festfrequenzoszillators 3 vorgeben wird. Die Taktsignale des Taktgebers 3 werden außer dem Analog-zu-Digital- Umsetzer 4 auch einer Recheneinheit 5, die das Kernstück des digitalen Zwischenkreisspannungs-Reglers 1 bildet, sowie einem Steuerblock 6 zum Ansteuern des Feldeffekttransistors Sl zugeführt.
Die Recheneinheit 5 dient dazu, in jedem Taktzyklus einen Steuerwert y(k) zu berechnen, der an den Steuerblock 6 übermittelt wird. Dieser setzt den Steuerwert y(k) in ein Signal zum Betreiben des Feldeffekttransistors Sl um und steuert damit dessen Einschaltzeit. Das Durchschalten des Feldeffekttransistors Sl erfolgt dabei zu einem Zeitpunkt, zu dem möglichst kein Strom durch die Diode Dl fließt, da hierdurch die Schaltverluste verringert werden. Hierzu dient eine Detektionswicklung L2 , welche induktiv mit der Induktivität Ll des Hochsetzstellers gekoppelt ist. Sperrt der Feldeffekttransistor Sl, so fällt der Strom über die Induktivität Ll kontinuierlich ab, bis er zu einem bestimmten Zeitpunkt den Nullpunkt erreicht. Dieser Zeitpunkt wird mit Hilfe der Detektionswicklung L2 von dem Steuerblock L6 erfasst und der Feldeffekttransistor Sl unter Vermeidung von Schaltverlusten wieder durchgeschaltet. Der Steuerwert y(k) gibt dabei vor, wie lange der Feldeffekttransistor Sl leitend geschaltet wird. Durch die Zeitdauer wird die Leistungsaufnahme des Vorschaltgerätes und damit die Höhe der bereitgestellten Zwischenkreisspannung Vz bestimmt. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, anstelle der Einschaltzeit des Schalters Sl dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von dem aktuellen Steuerwert y(k) zu verändern.
Die Berechnung des Steuerwertes y(k) erfolgt nicht nur anhand des aktuellen Istwerts u(k) der Zwischenkreisspannung Vz, sondern auch anhand der Istwerte sowie der Steuerwerte in den vorherigen Taktzyklen. Aufgrund der digitalen Eigenschaften, wird der Steuerwert y(k) nach einer bestimmten Funktion, im Idealfall nach einer unendlichen Reihe berechnet. Diese unendliche Reihe besteht aus Reihengliedern, die jedoch im vorliegenden Beispiel nach dem dritten Glied abgebrochen werden, um den Aufwand zum Berechnen des Steuerwerts in einem vertretbaren Bereich zu halten. Dies bedeutet, dass der aktuelle Steuerwert y(k) beispielsweise anhand der folgenden Gleichung berechnet wird:
y(k)=al*y(k-l)+a2*y(k-2)+bl*u(k)+b2*u(k-l)+b3*u(k-2)
Dabei bezeichnen y(k-l) und y(k-2) die Werte des Steuerwerts in dem vorherigen bzw. dem vorvorherigen Taktzyklus, während die Werte u(k-l) und u(k-2) die Istwerte in dem vorherigen bzw. vorvorherigen Taktzyklus bezeichnen. Diese einzelnen Werte werden mit den Parameter al, a2 bzw. bl bis b3 gewichtet. Wie der oben aufgeführte Gleichung entnommen werden kann, bestimmen die zur Gewichtung der einzelnen Reihenglieder herangezogenen Parameter das dynamische Verhalten des Zwischenkreisspannungs-Reglers 1. Dementsprechend kann durch Verwenden unterschiedlicher Parametersätze für den Steuerblock 6 bei der Berechnung des Steuerwerts y(k) der Zwischenkreisspannungs-Regler 1 an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
Der Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers 1 ist dazu er findungs gemäß ein integrierter Controller 10 zugeordnet , der mit der Recheneinheit 5 des Zwischenzeit-Reglers 1 bidirektional kommuniziert ( s . Bezugszeichen 11 ) .
Der Controller 10 ist mit einem Speicher 12 verbunden. Über eine digitale Schnittstelle (Interface) 13 kann der Controller 10 digitale Befehle, wie beispielsweise Dimmwertvorgaben erhalten, aber auch beispielsweise Zustandsmeldungen bzw. Fehlermeldungen an einen angeschlossenen Digitalbus, beispielsweise mit dem DALI- Standard, absenden.
Der Zwischenkreis-Regler 1, der Controller 10 mit der Schnittstelle 13 sowie der Speicher 12 können beispielsweise als ASIC ausgeführt sein.
Der Software-gesteuerte Controller 10 erhält also extern zugeführte Digitalbefehle über die Schnittstelle 13. Weiterhin kann ihm die Recheneinheit 5 des Zwischenkreis- Reglers 1 Zustandsinformationen bzw. Betriebsparameter zurückmelden. Typische Beispiele für diese Rückmeldung von der Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers zu dem Controller 10 sind die Art und/oder der Pegel der anliegenden EingangsSpannung sowie der aktuelle Wert der ZwischenkreisSpannung Vz .
Abhängig von diesen eingehenden Informationen (externe Befehle, bzw. Rückmeldung vom Zwischenkreis-Regler,
Ausgangsleistung des die wenigstens eine Lampe aufweisenden Lastkreises) kann nunmehr der Controller 10 der Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers 1 Sollwerte für den Betrieb übermitteln. Diese Sollwerte können beispielsweise die folgenden Parameter betreffen:
Busspannungs-Sollwert abhängig von der EingangsSpannung,
- Dynamische Eigenschaften des Zwischenkreis- Reglers :
Die Reglerkoeffizienten müssen bei kleinen Dimmwerten zur Anpassung an Dynamik- und Stabilitätsanforderungen der Regelung verändert werden .
- Zur Verbesserung des Oberschwingungsverhaltens
(THD) können die T0N~Werte für den Schalter ausgehend von der Tabelle vorgegeben und optimiert werden. Die Modulation der T0N-Werte des Schalters ist bei kleineren EingangsSpannungen zu verringern .
Erfindungsgemäß wird also der Zwischenkreis-Regler 1 über Software abhängig von extern zugeführten Befehlen, wie beispielsweise Dimmwerten oder auch von Rückmeldungen von Zwischenkreis-Regler eingestellt . Weiterhin können kann der Zwischenkreis-Regler auf die Ausgangleistung des die Lampe enthaltenden Lastkreises eingestellt werden. Der externe Vorgabewert ist also in diesem Fall bspw. ein Signal von einem Regler für die Leistung des Ausgangskreises.
Diese Einstellung ist besonders wichtig bei dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten, bei den es aufgrund der veränderbaren Lampenleistung im Vergleich zu nicht- dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten zu „statischen,, Laständerungen kommen kann. Somit muss es möglich sein, dass auch innerhalb einer Betriebsphase, insbesondere während des Betriebes der Lampe im gezündeten Zustand Eigenschaften der Glättungsschaltung verändert werden.
Die maximale Amplitude wie auch die Natur der Spannungsversorgung (AC, DC) können erfindungsgemäß entweder direkt gemessen werden (beispielsweise über den Spannungsteiler und einen AD-Wandler) . Alternativ können sie über die folgende mathematische Funktion indirekt erfasst werden:
V1n = Vz x Toff / T0n +Toff
TOff ist dabei die Ausschaltzeitdauer des Schalters Sl und entsprechend T0n die Einschaltzeitdauer dieses Schalters .
Die Zuordnung der Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung durch den Controller 10 kann wie in der Figur dargestellt über eine Abgleichtabelle (Look-Up-Table) erfolgen, die in dem Speicher 12 abgelegt ist und die eingehenden Befehlen über die digitale Schnittstelle bereit sind bzw. Rückmeldungen von der Zwischenkreis-Regelung die entsprechenden Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung zuordnet. Alternativ oder zusätzlich kann indessen der Controller 10 diese Vorgaben auch über implementierte Funktionen ermitteln.
Als Beispiele für die unterschiedlichen Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung abhängig von der Art und/oder der EingangsSpannung sollen die folgenden Szenarien genannt sein:
- Durch die Erfassung des Maximalwertes der anliegenden WechselSpannung kann auf einen bestimmten geographischen Bereich beschlossen werden (Beispielsweise Europa oder USA) . Über diese indirekte Erfassung des geographischen Anwendungsbereichs kann wiederum auf zulässige THD- Grenzwerte geschlossen werden. Dementsprechend können dann die Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung derart erfolgen, dass die in dem entsprechenden geographischen Bereich herrschenden Normen eingehalten werden.
- Die Busspannungs-Sollwertvorgabe kann abhängig von der Höhe der erfassten WechselSpannung eingestellt werden, wobei grundsätzlich die Regel gilt, dass die Busspannung desto höher vorgegeben wird, je höher die maximale Amplitude der anliegenden WechselSpannung ist.
- Beim Anliegen einer AC-VersorgungsSpannung kann ein Betrieb der Zwischenkreis-Regelung vorgegeben werden, bei denen die Einschaltzeitdauer T0n des Schalters Sl konstant ist. Im Gegensatz dazu kann beim Anliegen einer DC-Spannung vorgesehen sein, dass die Einschaltzeitdauer T0n des Schalters Sl periodisch verändert wird („Sweep Mode,,) .

Claims

Ansprüche:
1. Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer EingangsSpannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, an dessen Ausgang ein Lastkreis angeschlossen ist, in den wenigstens eine Lampe einsetzbar ist, wobei
- dem Vorschaltgerät externe Befehle zuführbar sind, und - der Zwischenkreis-Regler Eigenschaften aufweist, die von den anliegenden Befehlen abhängen.
2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein dimmbares Vorschaltgerät ist, dem externe Dimmwerte zuführbar sind.
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem Zwischenkreis-Regler ein Controller zugeordnet ist, dem die externen Befehle zuführbar sind und der dem Zwischenkreis-Regler von den aktuell anliegenden Befehlen abhängige Sollwerte bzgl . der dynamischen Eigenschaften übermittelt .
4. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, wobei der Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte bzgl . wenigstens einem von Zwischenkreis- Spannung, Zeitkonstanten des Zwischenkreisreglers und zulässigen Oberwellen (THD) übermittelt.
5. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Zwischenkreis-Regler dem Controller Betriebsparameter der Glättungsschaltung (PFC) übermittelt.
6. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, bei dem der Zwischenkreis-Regler dem Controller Informationen bzgl. der Art der anliegenden EingangsSpannung, dem Pegel der anliegenden
EingangsSpannung und/oder der Zwischenkreisspannung übermittelt .
7. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Controller Software-gesteuert ist.
8. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Controller mit einem Speicher verbunden ist, in dem eine Vergleichtabelle abgelegt ist, die definierten externen Befehlen Sollwerte für die Glättungsschaltung zuordnet.
9. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der der Zwischenkreis-Regler als Logikschaltung ausgebildet ist.
10. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Eigenschaften des Zwischenkreis-Reglers abhängig von der EingangsSpannung einstellbar sind.
11. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem die externen Befehle Informationen bzgl . der Ausgangsleistung des Lastkreises sind.
12. Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer EingangsSpannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten
Wechselrichter, an dessen Ausgang ein Lastkreis angeschlossen ist, in den wenigstens eine Lampe einsetzbar ist, wobei
- der Zwischenkreisspannungs-Regler direkt oder indirekt die Ausgangsleistung des Lastkreises erfasst, und
- der Zwischenkreisspannungs-Regler Eigenschaften aufweist, die von der Ausgangsleistung des Lastkreises abhängen.
13. Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer Eingangsspannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, an dessen Ausgang ein die Lampe enthaltender Lastkreis angeschlossen ist, wobei - der Zwischenkreis-Regler als Logikschaltung ausgebildet ist, und
- ein software-gesteuerter Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte für den Betrieb der Glättungsschaltung zuführt.
14.Vorschaltgerät nach Anspruch 13, bei dem der Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte anhängig von dem Controller zugeführten Dimmwerten übermittelt.
15. Vorschaltgerät nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte anhängig von der Art und/oder dem Pegel der EingangsSpannung übermittelt.
16. Vorschaltgerät nach Anspruch 15, bei dem der Controller den Sollwert für die ZwischenkreisSpannung bei höheren EingangsSpannungen erhöht .
17. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem der Zwischenkreis-Regler dem Controller wenigstens einen Betriebswert der Glättungsschaltung übermittelt.
18. Leuchte, aufweisend wenigstens eine Gasentladungslampe und ein Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
19. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Elektronischen Vorschaltgeräts für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer EingangsSpannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, der die Lampe versorgt, wobei
- dem Vorschaltgerät Dimmwerte zur Vorgabe einer Soll-Lampenleistung zugeführt werden, und
- der Zwischenkreis-Regler bei unterschiedlichen anliegenden Dimmwerten unterschiedliche Eigenschaften aufweist.
20. Verfahren zum Betrieb eines Elektronischen Vorschaltgeräts für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer EingangsSpannung versorgten und von einem Zwischenkreis-Regler • gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, der die Lampe versorgt, wobei
- der Zwischenkreis-Regler als Logikschaltung ausgebildet ist, und
- ein software-gesteuerter Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte für den Betrieb der Glättungsschaltung zuführt.
21. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Elektronischen Vorschaltgeräts für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer EingangsSpannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, der die Lampe versorgt, wobei - der Zwischenkreis-Regler direkt oder indirekt die Ausgangsleistung der wenigstens einen Lampe erfasst, und - Eigenschaften des Zwischenkreis-Regler
Eigenschaften abhängig von der Ausgangsleistung eingestellt werden.
22. Computersoftware-Programmprodukt , das eine Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wenn es auf einer Recheneinrichtung läuft.
23. Microcontroller, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Unterstützung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 21 ausgebildet ist.
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