EP1872634A1 - Electronic reactive current oscillation-reducing ballast - Google Patents

Electronic reactive current oscillation-reducing ballast

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EP1872634A1
EP1872634A1 EP06722663A EP06722663A EP1872634A1 EP 1872634 A1 EP1872634 A1 EP 1872634A1 EP 06722663 A EP06722663 A EP 06722663A EP 06722663 A EP06722663 A EP 06722663A EP 1872634 A1 EP1872634 A1 EP 1872634A1
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EP
European Patent Office
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inductance
voltage
electronic ballast
phase
input capacitance
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EP06722663A
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Klaus Fischer
Josef Kreittmayr
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/04Dimming circuit for fluorescent lamps

Definitions

  • the present invention relates to an input capacitance having electronic ballast with a step-up converter for operating a discharge lamp, such as a low-pressure discharge lamp on a built-in or parasitic inductance having phase gating dimmer.
  • Electronic ballasts for the operation of discharge lamps are known in many designs. l.d.R. They include a rectifier circuit for rectifying an AC power supply and charging a capacitor often referred to as a DC link capacitor. The voltage applied to this capacitor DC voltage is used to supply an inverter or inverter (hereinafter inverter), which operates the discharge lamp.
  • inverter inverter
  • an inverter generates from a rectified AC power supply or a DC voltage supply a supply voltage for the lamp to be operated with high-frequency current.
  • Similar devices are also known for other lamp types, for example in the form of electronic transformers for halogen lamps.
  • Step-up converter circuits can be used for reducing the mains current harmonic of discharge lamps.
  • Step-up converters have a storage inductor, a switching element, a diode and an intermediate circuit capacitor.
  • the DC link capacitor supplies, for example, a low-pressure discharge lamp via an inverter circuit.
  • Such a boost converter operates as follows: The AC line voltage is converted in a rectifier into a pulsating DC voltage. Between the supply potential of this pulsating DC voltage and the DC link capacitor, the storage inductor and the diode is connected. When switched on, the switching element ensures an increasing current flow in the storage choke up to an adjustable value, the switch-off current threshold. After switching off the switching element, the diode conducts the current impressed in the storage inductor into the intermediate circuit capacitor.
  • Phase control dimmers for power control are also known. Phase gating dimmers provide a periodic mains supply to the load. In each half-cycle, however, the mains supply is only delivered to the load after a settable time.
  • phase gating dimmers as a switching element controlling the current flow from a supply network to a load, include a triac. With such a switching element, it is possible to allow a current flow from the network to the load from an adjustable time within a network half-wave.
  • a voltage available At the output of the phase gating dimmer is a voltage available, which is zero in a first time interval, namely in the phase gating, and in a second time interval substantially equal to the input voltage of the dimmer.
  • phase gating dimmers include an inductor connected in series with the switching element.
  • a parasitic inductance can occur between the phase gating dimmer and the capacitive load, for example caused by line inductances. Jegli- rather reference to an "inductance in the phase gating dimmer" is to be understood in the following text in this sense.
  • the invention is based on the technical problem of providing an improved electronic ballast for dimmable discharge lamps with regard to the operating behavior.
  • the invention relates to an electronic ballast with a switching element and an input capacitance having boost converter for operation on a serially acting for serially acting inductance phase gating dimmer, characterized in that within a half-wave, the operating parameters of the boost converter during the Ab- magnetization of the inductance in the phase gating dimmer, in time after completion of the phase control, be set so that, compared with the operation of the boost converter after the demagnetization of the inductance of the dimmer, a temporarily increased current flows through the boost converter.
  • Electronic ballasts for operating discharge lamps often have an effective input capacitance.
  • the invention is based on the consideration that the effective input capacitance of the electronic ballast together with the serially acting inductance of the phase gating dimmer forms a resonant circuit and an overshoot of the voltage across the input capacitance can occur.
  • Such voltage oscillations can impair the operating behavior of electronic ballasts for discharge lamps when operating on a phase-angle dimmer.
  • the switching element is brought into a conductive state in the phase gating dimmer; then the input capacitance of the ballast is charged to the instantaneous value of the supply voltage.
  • This charging of the input capacitance takes place via the inductance of the phase gating dimmer, which determines the increase of the current.
  • the voltage across the input capacitance initially reaches the instantaneous value of the supply voltage, but then goes beyond that. This is done because the inductance in the phase gating dimmer now demagnetizes and maintains a current flow in the original current direction. If the inductance in the phase gating dimmer is demagnetized and the voltage across the input capacitance is greater than the applied supply voltage, then no mains current flows through the ballast until the overvoltage at the input capacitor has been dissipated by discharging.
  • the triacs often used as switching elements in phase gated dimmers require a certain holding current, i. if they are brought into a conductive state, a minimum current is needed to maintain the conductivity. If this is missing, the triac locks again. If there is no current flowing through the phase gating dimmer for a short time, the triac may transition from the conducting to the blocking state.
  • the reactive current oscillations described above can cause such mains power interruptions.
  • the interruption of the mains current can be prevented.
  • a temporarily increased current is passed through the step-up converter, ie within a time interval defined by the demagnetization.
  • the word "during” is to be understood throughout this text as meaning that this current discharges the input capacitance and the voltage above it decreases again to the level of the instantaneous value of the supply voltage be to reduce the voltage over the input capacitance before the inductance in the phase gating dimmer is completely demagnetized.
  • a step-up converter can be operated in various operating modes, with a distinction in particular between the discontinuous operation and the continuous operation. Often boost converters are operated continuously in discontinuous mode. This means that the switching element in
  • Step-up converter is only switched on when the storage reactor of the boost converter is completely demagnetized and no current flows through it. Switching losses are minimal in this mode of operation.
  • the switch-on element in the boost converter is not maintained until the storage choke is completely demagnetized, then this is called continuous operation.
  • the switching element is therefore switched on when falling below a threshold for the current through the storage inductor - the switch-on threshold -.
  • This inrush current threshold can be of different magnitude and take on a different value in each cycle of the boost converter.
  • the step-up converter is operated during the demagnetization of the inductance in Phasenanroughdim- mer with temporarily increased inrush current compared to the operation of the boost converter following the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer.
  • the current flow through the boost converter during this period can be significantly increased.
  • the switching losses in the boost converter temporarily increase as a result of this measure, these losses are not high, averaged over the network half-wave.
  • this may mean that during the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, the boost converter in the continuous operation and, after this period, either immediately or after a delay, goes into discontinuous operation.
  • the above embodiment of the invention also includes, in particular, the case that following the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, it is not switched to the discontinuous operation of the boost regulator, but remains in the boost converter in a continuous operation with lower inrush current thresholds of the switching element.
  • the Abschaltstromschwelle the switching element of the boost converter during the demagnetization of the inductance of the phase gating dimmer increases. Even with this measure, as an alternative or in addition to continuous operation, the current flow through the boost converter can be significantly increased.
  • the current flowing through the step-up converter is reduced or even prevented.
  • no or only a small current discharging the input capacitance can flow.
  • the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer and thus the energy stored in it can be reduced to a minimum.
  • the current flowing through the boost converter during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer is reduced by the fact that the Abschaltstromschwelle the boost converter is chosen small compared to the operation of the boost converter following the magnetization of the inductor in the dimmer.
  • the high set a smaller amplitude current The average current flowing through the inductance of the phase gating dimmer can thus be set very small, or even negligible.
  • the Abschaltstrom- threshold starting from no or a small current through the switching element during the magnetization of the inductance in Phasenan cut d always, however, so that also absorbed by the boost converter current from switching cycle to switching cycle of the boost converter increases.
  • the switch-off threshold of the boost converter can reach the increased switch-off threshold for the time following the magnetization of the inductance.
  • the switching element of the boost converter is permanently disabled during the magnetization of the inductance. Thus no current discharging the input capacitance can flow.
  • a preferred embodiment of the invention has a circuit arrangement for the metrological detection of the termination of the phase gating, the beginning of the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer and the completion of the demagnetization of the same inductance. These three times determine the two relevant time intervals within which embodiments of the invention work to reduce the voltage overshoot across the input capacitance. Between the conclusion of the phase control and the time at which the voltage across the input capacitance reaches the instantaneous value of the supply voltage, the inductance is magnetized in the phase gating dimmer; From this point on it will be demagnetized.
  • the circuit arrangement preferably consists of a series connection of two differentiators, which may for example be connected in parallel to the input capacitance.
  • the output voltage of the second differentiator corresponds to the second derivative of the voltage across the input capacitance and has the property that it has a different sign during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer than during the demagnetization of the same inductance.
  • the two relevant time intervals are determined and the output signal of the second differentiator can be used to set the operating parameters of the boost converter.
  • the output voltage of the second differentiator can be converted via two threshold elements into signals corresponding to the logic states zero and one. If the output voltage of the second differentiator has the first sign, then the output signal of the first threshold element is logically one, and the same applies to the second threshold element and the time in which a voltage of the other sign is present at the output of the second differentiator.
  • these threshold elements are Schmitt trigger.
  • the voltage across the input capacitance is superimposed by the boost setting function with a high-frequency, comparatively low alternating voltage. These high-frequency vibrations are decoupled from the first differentiator, a second differentiation may not provide a meaningful result.
  • a preferred embodiment of the invention therefore provides a peak detection circuit. By means of peak value detection, the first derivative of the voltage across the input capacitance is smoothed. The quality of a subsequent differentiation increases with it.
  • circuit arrangements just described for determining the relevant time intervals perform a metrological detection of the waveform of the voltage across the input capacitance. Therefore, you can These circuits reliably determine the relevant time intervals under different circumstances. These circuits can be used for various combinations of input capacitance and inductance of the phase gating dimmer, since they measure the course of the voltage across the input capacitance and therefore no assumptions about the input capacitance, the inductance of the phase gating dimmer or the course of the voltage across the input capacitance following include the phase angle.
  • the inventors have found that the values of the inductances of the dimmers available on the market are in a comparatively small range. Furthermore, the voltage overshoot across the input capacitance can also be limited by supplementary measures (see below and claims 14 ff.). If the voltage overshoot above the input capacitance is not so pronounced, the relevant time intervals after the phase gating also do not vary so much.
  • the electronic ballast on a threshold value for detecting the completion of the phase gating and a first timer, which provides a first fixed time and is set by the threshold value element following the phase gating.
  • the threshold value element can be supplied with approximately the rectified AC voltage supply, optionally via a voltage divider.
  • the output signal of the threshold element can correspond to logic zero, while it jumps to logic one directly after the phase control.
  • the first timer can be set, which is for a constant predetermined time, the holding time, remains set. After that it can reset itself independently.
  • the predetermined hold time of the timer can be determined by averaging over one of the relevant time intervals, which takes into account as many dimmers as possible available on the market.
  • the input capacitance of the electronic ballast containing this circuit is known to the manufacturer and can be considered accordingly in the hold time of the first timer.
  • the first timer may, for example, specify a time corresponding to the duration of the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer at the end of the phase gating. This corresponds to the time when the supply voltage is greater than the voltage across the input capacitance. If this time has expired, according to the invention, a temporarily increased current can be passed through the step-up converter.
  • the operating parameters of the boost converter can of course also be set so that during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer very little current is passed through the boost converter.
  • the electronic ballast on two timers can be set by the same threshold element following the phase gating, but have different hold times.
  • Both timers can be set by the same threshold element following the phase gating, but have different hold times.
  • an AND link three relevant for the operation of the electronic ballast time intervals can be specified.
  • the first fixed time interval of the first timer begins with the end of the phase gating and lasts at most until the end of the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer.
  • the second fixed time interval of the second timer also begins with the end of the phase gating and lasts at least until complete reduction of the voltage overshoot across the input capacitance.
  • the threshold elements are Schmitt triggers.
  • the transition to the subsequent operation with lower inrush current thresholds is preferably carried out slowly. This means that the inrush current thresholds of the switching element distributed in the boost converter become smaller over some current consumption cycles of the boost converter. As a result, further load current oscillations can be reduced.
  • reactive current oscillations can be reduced by means of an adjustment of the time profile of the current through the boost converter.
  • reactive current oscillations can be reduced by suitably charging or discharging the input capacitance before the end of the phase gating, and thus additionally the current charging the inductance in the phase gating dimmer can be reduced quantitatively.
  • a ballast which realizes both possibilities of reactive current reduction, attenuates reactive current oscillations more effectively.
  • the voltage overshoots are particularly pronounced when the voltage across the input capacitance following the phase gating is significantly less than the instantaneous value of the supply voltage.
  • the "instantaneous value of the supply following the phase control" is to be understood as meaning that the supply voltage across the ballast or above the phase gating dimmer has already fully built up.
  • the current flowing during the magnetization of the inductance of the dimmer increases as long as the voltage across the input capacitance is less than the supply voltage at the load.
  • the input capacitance is charged to a value which corresponds at most to the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control by a charging process (charging or discharging) before the end of the phase control of a mains half-wave.
  • the voltage across the input capacitance should not, however, at that time exceed supply voltage, otherwise no continuous mains current can be guaranteed.
  • the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control within a system half-cycle is not known in advance.
  • the invention in this embodiment has a memory device for storing a prognosis value for the supply voltage at the time of the end of the phase gating, which was obtained from one or more preceding network half-waves.
  • a storage device for storing a prognosis value for the supply voltage at the time of the end of the phase gating, which was obtained from one or more preceding network half-waves.
  • the invention has a device for storing an instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control of one or more preceding network half-waves.
  • the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase gating of a preceding mains half-wave does not have to be identical to the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase gating of a following mains half-wave - it is rather a forecast for the supply voltage value, as explained in the previous paragraph.
  • the stored value for the current network half-wave is very similar. This is the case because changes in the phase angle between successive line half-waves usually take place slowly. Reactive current oscillations are reduced most effectively when the input capacitance is charged exactly to the value of the supply voltage at the end of the phase gating. However, to be sure that the voltage across the input capacitance is not greater than the supply voltage at the end of the phase gating, the input capacitance is charged to a value slightly less than the stored predictive value.
  • the prognosis value of the supply voltage following the phase gating is newly stored in each network half-wave and used in the respectively following network half-wave.
  • the memory device preferably stores the instantaneous value of the supply voltage within a time window after the completion of the phase control.
  • a peak detection circuit is used for this purpose.
  • the time window can be used for charging a capacitor, for example, but is very short compared to the sinusoidal supply voltage.
  • the time window is preferably set to open and close within a time interval beginning with the gating of the phase gating dimmer and ending with the voltage across the input capacitance reaching the value of the instantaneous supply voltage. This excludes in particular the case that a value is stored which is greater than the supply voltage when switching on the dimmer.
  • a reactive current oscillation can not be ruled out, as no prognosis value has yet been stored. After a few half waves, however, a stable state is reached.
  • the length of the time window is determined by a monoflop. This is set by a signal from a control circuit of the electronic ballast and resets after a given time back.
  • the incipient current flow through the storage choke of the boost converter can trigger the setting of the monoflop.
  • the monoflop defines the time window for the storage of the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control, for example by means of a switch controlled by the monoflop.
  • the time window is specified in a further preferred embodiment by means of a differentiator of a capacitor and a resistor.
  • the differentiator is addressed by an edge of a signal from a control circuit of the ballast. As a result of the flank occurs across the resistance of the differentiator on a voltage jump followed by an exponential decay.
  • the time constant of the exponential decay is determined by the size of the resistor and the capacitor in the differentiator.
  • the exponential decay defines the time window for the storage of the instantaneous value of the supply voltage.
  • a further preferred embodiment for the determination of a time window and for storing a prognosis value of the supply voltage at the end of the phase gating is based on the following relationship: At the time of the end of the magnetization of the inductance in the dimmer, the instantaneous value of the voltage across the input capacitance corresponds to the instantaneous value of the supply voltage. Since the end of the phase control, the supply voltage has barely changed, then corresponds to the voltage across the input capacitance about the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control.
  • the time of the end of the magnetization of the inductance in the dimmer corresponds to the zero crossing of the second derivative of the voltage across the input capacitance of the ballast and is easy to determine, if necessary also estimate (as described in the embodiments in connection with FIG. 12). In this case, one can store as a prediction value, the voltage across the input capacitance of the ballast at this time.
  • an embodiment comprises a comparison device. This compares the value from the memory device with the current value of the voltage across the input capacitance. Before the end of the phase control, the comparison device controls the control circuit of the boost converter, which then discharges the input capacitor accordingly. For example, if the voltage across the input capacitance is greater than the stored value, the input capacitance is discharged. In the exemplary embodiment, it is described more concretely how the output signal of the comparison device can contribute to the control of the charging process of the input capacitance.
  • the input capacitance is discharged via activation of the boost regulator before termination of the phase gating.
  • the input capacitance is charged by the DC link capacitor.
  • a diode connected between the supply potential-side terminals of the intermediate circuit capacitor and the input capacitance can be bridged with a resistor.
  • boost converters that have several between the supply potential-side terminals of the DC link capacitor and the input capacitance. having switched diodes; here one or more diodes can be bridged.
  • the boost converter can then be activated in order to discharge the input capacitance to the desired value (at most the forecast value).
  • the invention thus also relates in principle to a method for operating an electronic ballast having a step-up converter having a switching element and an input capacitance on a phase-gating dimmer having a series-acting inductance, characterized in that the operating parameters of the step-up converter during a half-wave Demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, temporally after completion of the phase gating, be set so that, compared with the operation of the boost converter after the demagnetization of the inductance, a temporarily increased current flows through the boost converter.
  • FIG. 1 shows schematically a boost converter as part of an electronic ballast with an upstream phase gating dimmer.
  • FIG. 2 schematically shows the supply voltage UIN for an electronic ballast according to the prior art, the voltage across an input capacitance of a load UC, the line current IN and the average current ILH flowing through the step-up converter. There are three relevant time intervals T1, T2, T3 entered.
  • FIG. 3 shows schematically for an electronic ballast with a first device for reactive current oscillation reduction, the supply voltage UIN, the voltage across the input capacitance of the load UC, the Netzstrom IN and the middle flowing through the boost converter current ILH. There are two relevant time intervals T1, T2 entered.
  • FIG. 4 shows a first circuit arrangement for a reactive current oscillation reduction corresponding to FIG.
  • FIG. 5 shows relevant voltage profiles of the circuit arrangement from FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a second circuit arrangement for a reactive current oscillation reduction corresponding to FIG.
  • FIG. 7 shows a third circuit arrangement for reactive-current reduction corresponding to FIG.
  • FIG. 8 shows relevant signal curves of the circuit arrangement from FIG. 7.
  • FIG. 9 schematically shows, for a prior art electronic ballast, the supply voltage UIN, the voltage UC across an input capacitance C of the load, the voltage UL across an inductance of the load
  • FIGS. 10 a, b show schematically a profile of the voltage UC over the input capacitance C during discharging or charging of the input capacitance C and the supply voltage
  • FIG. 11 schematically shows, for an electronic ballast with a second device for reactive current oscillation reduction, the supply voltage UIN, the voltage UC across the input capacitance C of the load, the voltage UL across the inductance of the dimmer and the mains current IN. Again, three relevant time intervals T1, T2, T3 are entered.
  • FIG. 12 a shows a circuit arrangement for storing prognosis values and for comparing a prognosis value with the voltage UC over the input capacitance C.
  • FIG. 12 b shows a variation of the circuit arrangement from FIG. 12 b
  • FIG. 13 shows a variation of the circuit arrangement from FIG
  • Figure 1 shows schematically a boost converter as part of an electronic ballast of a compact fluorescent lamp CFL.
  • the electronic ballast upstream of a phase gating dimmer DIM This has a series circuit of a triac TR and an inductance LP. This series circuit is connected in series in an AC supply line of the electronic ballast. Another AC supply line is passed through the phase gating dimmer DIM. If the triac TR is switched through, then a supply voltage UIN is present between a node between the triac TR and the inductance LP and the other AC voltage supply line. The outputs of the phase gating dimmer DIM are connected to the inputs of a rectifier GL of the electronic ballast.
  • the boost converter is formed by a capacitor C, a DC link capacitor CH, a diode DH, a storage inductor LH and a switching element SH, here a MOSFET.
  • boost converters also include a control circuit not shown here for driving the switching element SH.
  • a control circuit as described in EP 1 465 330 A2 can be used.
  • the DC link capacitor CH is charged via the rectifier GL via the storage inductor LH and the diode DH.
  • the DC link capacitor For example, tor supplies a compact fluorescent lamp CFL via an inverter circuit INV.
  • the circuit operates as follows: The AC line voltage is converted in the rectifier GL in a pulsating DC voltage. Parallel to the rectifier GL, the capacitor C is connected on the DC side for radio interference suppression. In the positive supply line a storage inductor LH is connected. The switching element SH ensures in the on state for a rising to an adjustable value current flow in the storage inductor LH. After switching off the switching element SH, the diode DH conducts the current impressed in the storage inductor LH into the intermediate circuit capacitor CH.
  • the supply voltage UIN 1 shows the voltage across the input capacitance of the load UC, the line current IN and the average current ILH flowing through the step-up converter.
  • the end of the phase angle defines the beginning of the first interval TL
  • a current flow IN from the supply network through the dimmer begins.
  • the increase of the current IN is determined by the inductance of the dimmer.
  • the voltage UC across the input capacitance C increases.
  • the interval T1 ends as soon as the voltage UC across the input capacitance C corresponds to the instantaneous value of the supply voltage UIN.
  • the input capacitance C is further charged by the serial inductance L of the phase gating dimmer.
  • the complete demagnetization of the inductance L defines the end of the interval T2.
  • the voltage across the input capacitance C increases. Her is than the supply voltage UIN, a mains current continues to flow IN, because the inductance demagnetizes in the phase gating dimmer and maintains the flow of IN in the same direction.
  • a small current IN flows from the input capacitance C back to the supply, since the rectifier diodes commutate in the reverse direction.
  • the voltage across the input capacitance C decreases and then reaches the instantaneous value of the supply voltage. This time corresponds to the end of the interval T3.
  • FIG. 3 shows, for an electronic ballast according to the invention, the supply voltage UIN, the voltage across the input capacitance of the load UC, the line current IN and the average current ILH flowing through the step-up converter. Two relevant intervals T1, T2 are entered.
  • a current ILH flows through the step-up converter.
  • This current ILH must be so large that the temporary voltage overshoot above the input capacitance C is not as pronounced as in FIG Within the interval T2, the energy transmitted by ILH must be greater than the energy stored in the serial inductance of the phase gating dimmer L at the beginning of the interval T2.
  • An increased current flow within the interval T2 can be achieved by operating the boost converter temporarily in continuous operation mode, in contrast to the otherwise used discontinuous operating mode.
  • the above result can also be achieved by increasing the Abschaltstromschwelle. If the boost converter operates with an increased turn-off current threshold, a larger average current flows through the storage inductor during the power consumption cycles. So that the storage throttle does not saturate, it may need to be re-dimensioned.
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention for detecting the limits of the intervals T1 and T2.
  • Threshold components specifically two Schmitt triggers ST1 and ST2, whose outputs mark the intervals T1 and T2, are connected to the connection node between R2 and C3.
  • FIG. 5 shows relevant voltage profiles of the circuit arrangement from FIG. 4.
  • a step function is assumed as the supply voltage UIN.
  • This assumption about the supply voltage UIN is a good approximation for the actual time course of the phase-cut supply voltage on the interesting time scale.
  • the current ILH is neglected by the boost converter. This is only of minor importance for the consideration of the vibration processes when switching through the phase gating dimmer.
  • FIG. 5 shows in the uppermost diagram the profile of the supply voltage UIN and the voltage UC across the capacitive input load. Notwithstanding Figures 2, 3, 9 and 11, the voltage UC is not shown schematically as a linear function, but drawn somewhat more realistic.
  • the voltage UR1 across R1 is proportional to the current loading the input capacitance C.
  • R1 and C2 are dimensioned such that UR1 corresponds to the first derivation of the time course of UC.
  • these are dimensioned so that a voltage drops across the resistor R2, which corresponds to the second derivative of the time course of the voltage UC.
  • the resistor R1 in series with the input capacitance C and to dispense with the capacitor C2.
  • a first Schmitt trigger ST1 generates an output voltage USTA1, which assumes a positive value in the interval T1.
  • the second derivative of UC is positive.
  • USTA1 corresponds to the reference potential.
  • a second Schmitt trigger ST2 generates an output voltage USTA2, which assumes a positive value in the interval T2.
  • During the interval T2 is the second derivative of UC negative. Outside T2, USTA2 is equal to the reference potential.
  • the voltage UC across the input capacitance may be superimposed by high-frequency alternating voltages.
  • the differentiation by the series connection of the capacitor C2 and the resistor R1 primarily decouples the high-frequency AC voltage components.
  • the voltage UR1 may then no longer be meaningfully evaluable for the following differentiator.
  • FIG. 6 shows a correspondingly improved circuit arrangement according to the invention.
  • the capacitor C3 of the second differentiator is no longer connected directly to the connection node of R1 and C2, but via a parallel connection of a diode D1 and a resistor R3.
  • the diode is poled so that a current from C2 to C3 can flow through it, but no current from C3 to C2.
  • another capacitor C4 is used, which is parallel to the series circuit of C3 and R2. With this peak detection circuit, the first derivative of the voltage across the input capacitance UC is smoothed.
  • the peak value of the voltage is stored via R1 via the diode D1.
  • R3 allows slow unloading of C4.
  • FIG. 7 shows a circuit arrangement according to the invention for specifying an estimation of the intervals T1 and T2.
  • a voltage divider of a resistor R4 and a resistor R5 is connected between the DC voltage outputs of the rectifier GL. Above this voltage divider R4, R5, a boost converter input voltage UINL drops. Parallel to the voltage divider R4, R5, a series circuit of a diode DC and the input capacitance C is connected. The diode DC blocks if there is a voltage UC across the input capacitance which is greater than the boost converter input voltage UINL.
  • the center tap of the voltage divider is connected to an input of a threshold value element ST3.
  • the threshold element ST3 is here a Schmitt Trigger and generates an output signal ST3A, which may be logically one or zero.
  • the circuit arrangement has two timers TIM1 and TIM2, to which the output signal ST3A of the threshold value element ST3 is supplied.
  • the timers TIM1 and TIM2 each provide an output signal TIM1 A and TIM2A, which may also be logically one or zero.
  • Figure 8 shows the relevant waveforms of the circuit of Figure 7 together with the supply voltage UIN and the voltage UC across the input capacitance C following the phase gating.
  • the threshold value element ST3 is set via the voltage divider R4, R5.
  • the output signal ST3A of the threshold element jumps from logic zero to logic one. It thus simultaneously sets the two timers TIM1 and TIM2.
  • the timer TIM1 is designed so that its output signal TIM1A jumps back to zero at the latest following the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer.
  • the timer TIM2 is designed such that its output signal TIM2A returns to logical zero at the earliest after the complete reduction of the voltage overshoot above the input capacitance.
  • the time in which the output signal TIM1A of the timer TIM1 is logically one thus corresponds to the time interval T1.
  • the output signal TIM2A of the timer TIM2 is logically one during the time intervals T1 and T2.
  • the hold times of the timers TIM1, TIM2 are already specified here by the manufacturer.
  • the two variables which essentially determine the time intervals T1 and T2 are the inductance of the phase gating dimmer and the input capacitance C.
  • the input capacitance C is known to the manufacturer and can easily be taken into account by the latter.
  • the inductance of the The phase-angle dimmer that is actually used can not be considered in advance; instead, an average over the time intervals T1, T2 of the dimmers available on the market is established for determining the holding times of the timers TIM1, TIM2.
  • the difference between permanently set time intervals T1 and T2 and the actual intervals dependent on the inductance in the dimmer is greater the greater the voltage overshoot across the input capacitance C following the phase gating. If further measures are taken to reduce the voltage overshoot across the input capacitance C, then the inductance-related deviations of the actual intervals from the predefined time intervals T1 and T2 have less of an effect on the reduction of the voltage overshoot than without such further measures.
  • One of these further measures will be explained with reference to FIGS. 9 et seq.
  • the circuit arrangements according to the invention described in FIGS. 4, 6 and 7 can advantageously be used with the electronic ballast from EP 1 465 330 A2 by being connected there in parallel to the input capacitance C (C1 in EP 1 465 330 A2).
  • the circuit arrangements control the boost converter so that in the interval T1 the current through LH and thus the current discharging the input capacitance is minimal. This can be achieved by permanently locking the switch SH by controlling the switch SH via the control device of the boost converter of EP 1 465 330 A2 by the voltage signal STA1 from one of the circuit arrangements according to the invention.
  • a temporarily increased average current ILH is to flow through the boost converter in the interval T2.
  • the mode of operation of the boost converter can be varied via the control device from EP 1 465 330 A2 (in EP 1 465 330 A2 the control circuit is designated BCC).
  • the boost converter is operated in the so-called discontinuous mode.
  • the switch SH is always turned on only when in the storage inductor of the boost converter no current flows, so if the storage inductor LH is just completely demagnetized. Switching losses are minimal in this mode of operation.
  • the boost converter is operated in the interval T2 in the continuous mode.
  • the continuous mode is characterized by the fact that it is not as long to wait for the switching element SH to be switched on as in the discontinuous case, so that a current flows continuously through the storage inductor LH.
  • the average current flow is increased by the boost converter in the interval T2 compared to normal operation. Since the interval T2 is short compared to a whole half-wave, the increased switching losses caused are small, negligible.
  • FIG. 9 as in FIG. 2, the supply voltage UIN, the voltage UC across the input capacitance C of the load and the line current IN are first shown in order to understand an electronic ballast according to the prior art.
  • the voltage UL is shown above the inductance in the phase gating dimmer.
  • the three equal intervals " Pl 1 T2, T3 are entered as in FIG.
  • the increase of the current IN is determined by the inductance of the dimmer, the size of the input capacitance C and the voltage UL across the inductance of the dimmer. Note the large peak values of the voltage UL across the inductance in the phase gating dimmer, the voltage UC across the input capacitance C and the mains current IN.
  • the reactive current superimposed on the active current required to supply the discharge lamp is to be reduced in size.
  • This reactive current is caused by the magnetization and demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, continues to charge the input capacitance C during demagnetization T2 of the inductance in the dimmer and causes the voltage overshoot.
  • the current IN through the inductance of the phase gating dimmer increases as long as the voltage UC across the input capacitance C is lower than the supply voltage UIN. This is the case in interval T1.
  • the voltage UC at the end of the phase control corresponds to the instantaneous value of the supply voltage UIN. It will be shown below that it is technically sensible to choose the value of the voltage UC slightly smaller.
  • the instantaneous value of the supply voltage is stored in each line half-wave of the supply network at the end of the phase control; at a cleverly selected time of storage, the stored value corresponds to the instantaneous value of the supply voltage UIN at the end of the phase control.
  • a corresponding circuit will be described below.
  • the input capacitance C is then charged to just before switching on the switching element in the dimmer in the next half-wave (90%) of the value stored in the previous half-wave. It can be assumed that the change made by an operator to the phase section of the dimmer in successive mains half-waves is only slight.
  • FIGS. 10 a and b schematically show the profile of the voltage UC during the discharging or charging of the input capacitance C to the value of the supply voltage UIN stored in the previous half-cycle. At the times when the input capacitance C is charged or discharged, the course of the voltage UC is shown in dashed lines, because the exact course is not relevant.
  • FIG. 10 a shows the case that the input capacitance C is discharged before the end of the phase gating
  • FIG. 10 b shows the case that the input capacitance C is charged in the dimmer before the switching element is switched on. How this happens is described below. In both cases, the difference between the voltage UC across the input capacitance C and the instantaneous value of the supply voltage UIN at the end of the phase control becomes small or almost disappears.
  • FIG. 11 shows, for the further features of the exemplary embodiments, the supply voltage UIN, the voltage UC across the input capacitance C, the line current IN and the voltage UL across the inductance of the dimmer.
  • the supply voltage UIN the voltage UC across the input capacitance C
  • the line current IN the voltage UL across the inductance of the dimmer.
  • the voltage UC across the input capacitance C is slightly smaller than the value of the instantaneous voltage UIN at the end of the phase control. It can be seen that the peak value of the mains current IN is significantly smaller in comparison with FIG. 9. The peak value of the voltage UL applied across the inductance is also smaller. The mains current IN oscillates much less. After the demagnetization T3 of the inductance in the dimmer, unlike in FIG. 9, a continuous mains current IN flows. The invention prevents the holding current of the switching element is fallen below in the dimmer.
  • FIG. 11 shows that the voltage UC across the input capacitance C is set to a value at the end of the phase gating which is below the corresponding instantaneous value of the supply voltage. This can ensure that in each case a current can flow to the load following the phase control.
  • Another way of predicting the instantaneous value of the supply voltage UIN is as follows: A further component, for example an inductance, can be connected in series with the input of the electronic ballast. At the end of the phase-cut, approximately one voltage proportional to the difference UIN-UC drops across this component, which voltage can then be used in a subsequent half-wave to adjust the voltage across the input capacitance.
  • FIG. 12 a describes a less expensive and more reliable circuit arrangement.
  • the task of the circuit is to measure the instantaneous value of the voltage UIN following the phase control. Furthermore, the circuit should address a control device of the boost converter for the described charge of the input capacitance C.
  • the circuit includes a monoflop MF, which is activated via a signal input A at the end of the phase control.
  • a monoflop MF At one output B of the monoflop MF is one of two states. One of them indicates that the monoflop MF is set, the other state takes the monoflop MF in the remaining time.
  • the output B of the monoflop MF is applied to a control input C of a switch AS.
  • the switch AS forwards a signal AVIN from a second input D to an output E when it is activated via the control input C.
  • the signal AVIN is proportional to the supply voltage UIN of the load.
  • a diode DS and a capacitor CS for peak detection is connected to the output E of the switch AS.
  • a resistor RS is connected in parallel with the capacitor CS. Over this, the capacitor CS can be discharged slowly as the peak values to be detected become smaller.
  • the discharge time of the capacitor CS is determined only by the size of the capacitance CS and the resistance RS. The speaking time scale is chosen so that it is appropriate to the change of the phase control by an operator.
  • the voltage across the capacitor CS is supplied to a first input COM2 of a comparator COM.
  • a second input COM1 of the comparator COM is supplied with a signal UC proportional to the voltage UC.
  • An output COMA of the comparator assumes a first state when the signal AVC at input COM1 is smaller than the signal at the other input COM2, and a second state when the signal at COM1 is greater than the signal at COM2.
  • the output COMA of the comparator COM can be connected, for example, to the control device of the boost converter.
  • the length of the time window in which the monoflop MF is set is very small compared to the period of the supply voltage UIN. In the longest case, the monoflop MF remains set during the entire magnetization of the inductance in the dimmer (in the interval T1).
  • FIG. 12b shows how the length of the time window can also be predetermined by means of a differentiator comprising a capacitor CT and a resistor RT.
  • the differentiator is addressed via a signal input at the end of the phase control.
  • a voltage jump occurs across the resistor RT, which decays exponentially.
  • the time constant of the exponential decay is the product of the size of the resistor RT and the capacitance CT.
  • the duration of the decay of the voltage jump across the resistor RT specifies the time window in which the switch AS remains switched on.
  • a suitable time window for the storage of a prognosis value for the supply voltage UIN can also be detected or predetermined by means of one of the circuit arrangements from FIGS. 4, 6 or 7.
  • the detected time of the end of the magnetization T1 of the inductance in the dimmer corresponds to the zero crossing of the second derivative of Voltage UC over the input capacitance C. This time is indicated by the signal outputs STA1 and STA2 or TIM1A and TIM2A and determines the end of the time window.
  • the peak voltage UC over the input capacitance C can be stored up to this time. Since the supply voltage has scarcely changed since the end of the phase control, the voltage UC across the input capacitance C corresponds at this time to the instantaneous value of the supply voltage UIN at the end of the phase control.
  • the circuit arrangements from FIGS. 12 a and 12 b can be well installed in the step-up converter described in EP 1 465 330 A2.
  • This has a control circuit BCC, which can be controlled among other things by the circuit arrangement of Figure 12 a and b. Further measures for charging or discharging the input capacitance C can be concretely described for this boost converter.
  • the time of switching on of the switching element in the dimmer can be detected in the boost converter from EP 1 465 330 A2 by the incipient current flow through, for example, the storage inductor LH (L1 in EP 1 465 330 A2) of the boost converter.
  • This incipient current flow triggers the monoflop MF via the input A.
  • the monoflop MF switches on at the end of the phase control to the end of a predetermined time interval (the time window) via the input C, the switch AS. While the switch AS is turned on, the capacitance CS via the diode DS detects the voltage applied to the input AVIN peak voltage.
  • the boost converter from EP 1 465 330 A2 can be activated as long as the voltage UC across the input capacitance C is greater than the stored value. Characterized the input capacitance C is discharged to a value which is slightly below the value of the supply voltage UIN at the end of the phase control. Specifically, the signal line COMA with an element of the control circuit BCC of the high linked. In EP 1 465 330 A2 in its figure 5a is a flip-flop FF2 described, which can be set by means of the output COMA of the comparator COM, so that the boost converter is activated.
  • the input capacitance C can also be discharged by a switching element connected in parallel, for example a series connection of a transistor and a resistor. This is controlled via the signal line COMA so that it turns on and the input capacitance C discharges.
  • Figure 13 shows a variation of the boost converter circuit of Figure 1; There is an additional resistor RH connected in parallel to the diode DH.
  • the diode DH can be bridged with a resistor RH.
  • the input capacitance C can be charged via the intermediate circuit capacitor before the end of the phase control.
  • control is required. If you do not want to add such a special, so the input capacitance C can be charged by the DC link capacitor so strong that the voltage UC on the input capacitance C is too high. Thereafter, the boost converter can be activated to discharge the input capacitance C to the desired value.
  • boost converters which have a plurality of diodes connected between the supply potential of the intermediate circuit capacitor CH and the supply potential of the input capacitance C; here one or more diodes can be bridged.

Abstract

The invention relates to an electronic ballast presenting an input capacitor (C) and comprising and step-up chopper (LH, DH, SH, CH) for operating a load, for example a discharge lamp(CFL), on a phase control dimmer (DIM) having an integrated or parasite inductance (L). According to said invention, excessive voltage after connection with a phase control can be reduced by adjusting currents by means of the step-up chopper (LH, DH, SH, CH).

Description

Elektronisches Vorschaltqerät mit BlindstromschwinqunqsreduzierunαElectronic ballast with reactive current oscillation reduction
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein eine Eingangskapazität aufweisendes elektronisches Vorschaltgerät mit einem Hochsetzsteller zum Betrieb einer Entladungslampe, beispielsweise einer Niederdruckentladungs- lampe an einem eine eingebaute oder parasitäre Induktivität aufweisenden Phasenanschnittdimmer.The present invention relates to an input capacitance having electronic ballast with a step-up converter for operating a discharge lamp, such as a low-pressure discharge lamp on a built-in or parasitic inductance having phase gating dimmer.
Stand der TechnikState of the art
Elektronische Vorschaltgeräte zum Betrieb von Entladungslampen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. l.d.R. enthalten sie eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung einer Wechselspannungsversorgung und Aufla- den eines häufig als Zwischenkreiskondensator bezeichneten Kondensators. Die an diesem Kondensator anliegende Gleichspannung dient zur Versorgung eines Wechselrichters bzw. Inverters (im Folgenden Inverter), der die Entladungslampe betreibt. Grundsätzlich erzeugt ein Inverter aus einer gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung oder einer Gleichspan- nungsversorgung eine Versorgungsspannung für die mit hochfrequentem Strom zu betreibende Lampe. Ähnliche Vorrichtungen sind auch für andere Lampentypen bekannt, beispielsweise in Form von elektronischen Transformatoren für Halogenlampen.Electronic ballasts for the operation of discharge lamps are known in many designs. l.d.R. They include a rectifier circuit for rectifying an AC power supply and charging a capacitor often referred to as a DC link capacitor. The voltage applied to this capacitor DC voltage is used to supply an inverter or inverter (hereinafter inverter), which operates the discharge lamp. In principle, an inverter generates from a rectified AC power supply or a DC voltage supply a supply voltage for the lamp to be operated with high-frequency current. Similar devices are also known for other lamp types, for example in the form of electronic transformers for halogen lamps.
Hochsetzstellerschaltungen können zur Netzstromoberschwingungsreduzie- rung von Entladungslampen eingesetzt werden. Hochsetzsteller weisen eine Speicherdrossel, ein Schaltelement, eine Diode und einen Zwischenkreiskondensator auf. Der Zwischenkreiskondensator versorgt beispielsweise eine Niederdruckentladungslampe über eine Inverterschaltung. Ein solcher Hochsetzsteller arbeitet wie folgt: Die Netzwechselspannung wird in einem Gleichrichter in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Zwischen das Versorgungspotential dieser pulsierenden Gleichspannung und den Zwischenkreiskondensator ist die Speicherdrossel und die Diode geschaltet. Das Schaltelement sorgt im eingeschalteten Zustand für einen ansteigenden Stromfluss in der Speicherdrossel bis zu einem einstellbaren Wert, der Abschaltstromschwelle. Die Diode leitet nach dem Ausschalten des Schaltelementes den in der Speicherdrossel eingeprägten Strom in den Zwischenkreiskondensator.Step-up converter circuits can be used for reducing the mains current harmonic of discharge lamps. Step-up converters have a storage inductor, a switching element, a diode and an intermediate circuit capacitor. The DC link capacitor supplies, for example, a low-pressure discharge lamp via an inverter circuit. Such a boost converter operates as follows: The AC line voltage is converted in a rectifier into a pulsating DC voltage. Between the supply potential of this pulsating DC voltage and the DC link capacitor, the storage inductor and the diode is connected. When switched on, the switching element ensures an increasing current flow in the storage choke up to an adjustable value, the switch-off current threshold. After switching off the switching element, the diode conducts the current impressed in the storage inductor into the intermediate circuit capacitor.
Der Einsatz eines Hochsetzstellers in einem Vorschaltgerät für eine Entladungslampe wird in der EP 1 465 330 A2 beschrieben.The use of a boost converter in a ballast for a discharge lamp is described in EP 1 465 330 A2.
Phasenanschnittdimmer zur Leistungssteuerung sind ebenfalls bekannt. Phasenanschnittdimmer liefern eine periodische Netzversorgung an die Last. In jeder Halbperiode wird die Netzversorgung aber erst nach einer einstellba- ren Zeit an die Last geliefert.Phase control dimmers for power control are also known. Phase gating dimmers provide a periodic mains supply to the load. In each half-cycle, however, the mains supply is only delivered to the load after a settable time.
Oft enthalten Phasenanschnittdimmer als ein den Stromfluss von einem Versorgungsnetz zu einer Last steuerndes Schaltelement einen Triac. Mit einem solchen Schaltelement ist es möglich, einen Stromfluss vom Netz zur Last ab einem einstellbaren Zeitpunkt innerhalb einer Netzhalbwelle zu ermöglichen. Am Ausgang des Phasenanschnittdimmers steht eine Spannung zur Verfügung, die in einem ersten Zeitintervall Null ist, nämlich im Phasenanschnitt, und in einem zweiten Zeitintervall im Wesentlichen der Eingangsspannung des Dimmers entspricht.Frequently, phase gating dimmers, as a switching element controlling the current flow from a supply network to a load, include a triac. With such a switching element, it is possible to allow a current flow from the network to the load from an adjustable time within a network half-wave. At the output of the phase gating dimmer is a voltage available, which is zero in a first time interval, namely in the phase gating, and in a second time interval substantially equal to the input voltage of the dimmer.
Zur Vermeidung von Funkstörungen enthalten viele Phasenanschnittdimmer eine in Serie zum Schaltelement geschaltete Induktivität. Zwischen Phasenanschnittdimmer und kapazitiver Last kann zusätzlich, auch wenn kein entsprechendes Bauelement im Dimmer eingebaut ist, eine parasitäre Induktivität auftreten, beispielsweise verursacht durch Leitungsinduktivitäten. Jegli- eher Bezug auf eine „Induktivität im Phasenanschnittdimmer" ist im folgenden Text in diesem Sinne zu verstehen.To avoid radio interference, many phase gating dimmers include an inductor connected in series with the switching element. In addition, even if no corresponding component is installed in the dimmer, a parasitic inductance can occur between the phase gating dimmer and the capacitive load, for example caused by line inductances. Jegli- rather reference to an "inductance in the phase gating dimmer" is to be understood in the following text in this sense.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Hinblick auf das Betriebsverhalten verbessertes elektronisches Vorschaltgerät für dimmbare Entladungslampen anzugeben.The invention is based on the technical problem of providing an improved electronic ballast for dimmable discharge lamps with regard to the operating behavior.
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem ein Schaltelement und eine Eingangskapazität aufweisenden Hochsetzsteller zum Betrieb an einem eine zur Versorgung seriell wirkende Induktivität aufweisenden Phasenanschnittdimmer, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Netzhalbwelle die Betriebsparameter des Hochsetzstellers während der Ab- magnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts, so eingestellt werden, dass, verglichen mit dem Betrieb des Hochsetzstellers nach der Abmagnetisierung der Induktivität des Dimmers, ein zeitweise erhöhter Strom durch den Hochsetzsteller fließt.The invention relates to an electronic ballast with a switching element and an input capacitance having boost converter for operation on a serially acting for serially acting inductance phase gating dimmer, characterized in that within a half-wave, the operating parameters of the boost converter during the Ab- magnetization of the inductance in the phase gating dimmer, in time after completion of the phase control, be set so that, compared with the operation of the boost converter after the demagnetization of the inductance of the dimmer, a temporarily increased current flows through the boost converter.
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 die Vorrichtungskategorie der Erfindung.Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims and are explained in more detail below. The disclosure always refers to both the process category and the device category of the invention.
Elektronische Vorschaltgeräte zum Betrieb von Entladungslampen weisen oft eine effektive Eingangskapazität auf. Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die effektive Eingangskapazität des elektronischen Vorschaltge- rätes zusammen mit der zur Versorgung seriell wirkenden Induktivität des Phasenanschnittdimmers einen Schwingkreis bildet und ein Überschwingen der Spannung über der Eingangskapazität auftreten kann. Solche Span- nungsschwingungen können das Betriebsverhalten von elektronischen Vor- schaltgeräten für Entladungslampen beim Betrieb an einem Phasenanschnittdimmer beeinträchtigen. Konkret wird im Anschluss an den Phasenanschnitt das Schaltelement im Phasenanschnittdimmer in einen leitenden Zustand gebracht; daraufhin wird die Eingangskapazität des Vorschaltgerätes auf den Momentanwert der Versorgungsspannung aufgeladen. Dieses Aufladen der Eingangskapazität er- folgt über die Induktivität des Phasenanschnittdimmers, die den Anstieg des Stromes bestimmt. Die Spannung über der Eingangskapazität erreicht zunächst den Momentanwert der Versorgungsspannung, geht dann aber noch darüber hinaus. Dies erfolgt, weil die Induktivität im Phasenanschnittdimmer nun abmagnetisiert und einen Stromfluss in der ursprünglichen Stromrich- tung aufrechterhält. Ist die Induktivität im Phasenanschnittdimmer abmagnetisiert und die Spannung über der Eingangskapazität größer als die anliegende Versorgungsspannung, so fließt kein Netzstrom durch das Vorschaltgerät, bis die Überspannung am Eingangskondensator durch Entladen abgebaut ist.Electronic ballasts for operating discharge lamps often have an effective input capacitance. The invention is based on the consideration that the effective input capacitance of the electronic ballast together with the serially acting inductance of the phase gating dimmer forms a resonant circuit and an overshoot of the voltage across the input capacitance can occur. Such voltage oscillations can impair the operating behavior of electronic ballasts for discharge lamps when operating on a phase-angle dimmer. Specifically, following the phase gating, the switching element is brought into a conductive state in the phase gating dimmer; then the input capacitance of the ballast is charged to the instantaneous value of the supply voltage. This charging of the input capacitance takes place via the inductance of the phase gating dimmer, which determines the increase of the current. The voltage across the input capacitance initially reaches the instantaneous value of the supply voltage, but then goes beyond that. This is done because the inductance in the phase gating dimmer now demagnetizes and maintains a current flow in the original current direction. If the inductance in the phase gating dimmer is demagnetized and the voltage across the input capacitance is greater than the applied supply voltage, then no mains current flows through the ballast until the overvoltage at the input capacitor has been dissipated by discharging.
Die oft als Schaltelement in Phasenanschnittdimmern verwendeten Triacs benötigen einen gewissen Haltestrom, d.h. sind sie in einen leitenden Zustand gebracht, so wird ein minimaler Strom zur Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit benötigt. Fehlt dieser, so sperrt der Triac wieder. Fließt kurzzeitig kein Netzstrom durch den Phasenanschnittdimmer, so kann es sein, dass der Triac vom leitenden in den sperrenden Zustand übergeht. Die oben beschriebenen Blindstromschwingungen können solche Netzstromunterbrechungen verursachen.The triacs often used as switching elements in phase gated dimmers require a certain holding current, i. if they are brought into a conductive state, a minimum current is needed to maintain the conductivity. If this is missing, the triac locks again. If there is no current flowing through the phase gating dimmer for a short time, the triac may transition from the conducting to the blocking state. The reactive current oscillations described above can cause such mains power interruptions.
Die Unterbrechung des Netzstromes kann verhindert werden. Dazu wird während der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer ein zeitweise erhöhter Strom durch den Hochsetzsteller geführt, d.h. innerhalb eines durch die Abmagnetisierung definierten Zeitintervalls. Das Wort „während" ist im gesamten vorliegenden Text in diesem Sinne zu verstehen. Dieser Strom entlädt die Eingangskapazität und die Spannung über dieser sinkt wieder auf das Niveau des Momentanwertes der Versorgungsspan- nung. Dieser die Eingangskapazität entladende Strom muss groß genug sein, um die Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität abzubauen, bevor die Induktivität im Phasenanschnittdimmer vollständig abmagnetisiert ist.The interruption of the mains current can be prevented. For this purpose, during the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, a temporarily increased current is passed through the step-up converter, ie within a time interval defined by the demagnetization. The word "during" is to be understood throughout this text as meaning that this current discharges the input capacitance and the voltage above it decreases again to the level of the instantaneous value of the supply voltage be to reduce the voltage over the input capacitance before the inductance in the phase gating dimmer is completely demagnetized.
Ein Hochsetzsteller kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, wobei man vor allem unterscheidet zwischen dem diskontinuierlichen Betrieb und dem kontinuierlichen Betrieb. Oft werden Hochsetzsteller durchgängig im diskontinuierlichen Modus betrieben. Das heißt, dass das Schaltelement imA step-up converter can be operated in various operating modes, with a distinction in particular between the discontinuous operation and the continuous operation. Often boost converters are operated continuously in discontinuous mode. This means that the switching element in
Hochsetzsteller erst eingeschaltet wird, wenn die Speicherdrossel des Hoch- setzstellers vollständig abmagnetisiert ist und kein Strom mehr durch diese fließt. Schaltverluste sind in dieser Betriebsweise minimal.Step-up converter is only switched on when the storage reactor of the boost converter is completely demagnetized and no current flows through it. Switching losses are minimal in this mode of operation.
Wird mit dem Einschalten des Schaltelementes im Hochsetzsteller nicht gewartet, bis die Speicherdrossel vollständig abmagnetisiert ist, so spricht man von einem kontinuierlichen Betrieb. Das Schaltelement wird also beim Unterschreiten einer Schwelle für den Strom durch die Speicherdrossel - der Ein- schaltstromschwelle - eingeschaltet. Diese Einschaltstromschwelle kann unterschiedlich hoch sein und in jedem Zyklus des Hochsetzstellers einen anderen Wert annehmen.If the switch-on element in the boost converter is not maintained until the storage choke is completely demagnetized, then this is called continuous operation. The switching element is therefore switched on when falling below a threshold for the current through the storage inductor - the switch-on threshold -. This inrush current threshold can be of different magnitude and take on a different value in each cycle of the boost converter.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Hochsetzsteller während der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdim- mer mit zeitweise erhöhten Einschaltstromschwellen betrieben, verglichen mit dem Betrieb des Hochsetzstellers im Anschluss an die Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer. Dadurch kann der Stromfluss durch den Hochsetzsteller in diesem Zeitraum deutlich vergrößert werden. Zwar nehmen durch diese Maßnahme die Schaltverluste im Hochsetzsteller zeitweise zu, gemittelt über die Netzhalbwelle sind diese Verluste jedoch nicht groß.In a preferred embodiment of the invention, the step-up converter is operated during the demagnetization of the inductance in Phasenanschnittdim- mer with temporarily increased inrush current compared to the operation of the boost converter following the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer. As a result, the current flow through the boost converter during this period can be significantly increased. Although the switching losses in the boost converter temporarily increase as a result of this measure, these losses are not high, averaged over the network half-wave.
Im einfachsten Fall kann dies heißen, dass während der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer der Hochsetzsteller im kontinuier- lichen Betrieb arbeitet und im Anschluss an diesen Zeitraum, sofort oder verzögert, in den diskontinuierlichen Betrieb übergeht.In the simplest case, this may mean that during the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, the boost converter in the continuous operation and, after this period, either immediately or after a delay, goes into discontinuous operation.
Obige Ausführungsform der Erfindung beinhaltet aber insbesondere auch den Fall, dass im Anschluss an die Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer nicht in den diskontinuierlichen Betrieb des Hoch- setzstellers gewechselt wird, sondern in einem kontinuierlichen Betrieb mit geringeren Einschaltstromschwellen des Schaltelementes im Hochsetzsteller verblieben wird.However, the above embodiment of the invention also includes, in particular, the case that following the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, it is not switched to the discontinuous operation of the boost regulator, but remains in the boost converter in a continuous operation with lower inrush current thresholds of the switching element.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird, insbe- sondere in Kombination mit den obigen Maßnahmen, die Abschaltstromschwelle des Schaltelementes des Hochsetzstellers während der Abmagnetisierung der Induktivität des Phasenanschnittdimmers erhöht. Auch mit dieser Maßnahme kann alternativ oder ergänzend zum kontinuierlichen Betrieb der Stromfluss durch den Hochsetzsteller deutlich erhöht werden.In a further preferred embodiment of the invention, in particular in combination with the above measures, the Abschaltstromschwelle the switching element of the boost converter during the demagnetization of the inductance of the phase gating dimmer increases. Even with this measure, as an alternative or in addition to continuous operation, the current flow through the boost converter can be significantly increased.
Vorzugsweise wird während der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer der durch den Hochsetzsteller fließende Strom verringert oder sogar unterbunden. Damit kann kein oder nur ein kleiner die Eingangskapazität entladender Strom fließen. Dadurch kann die Aufmagnetisie- rung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer und damit die in ihr gespei- cherte Energie auf ein Minimum reduziert werden. Je weniger Energie in der Induktivität des Phasenanschnittdimmers gespeichert ist, umso geringer ist die Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität ausgeprägt.Preferably, during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer, the current flowing through the step-up converter is reduced or even prevented. Thus, no or only a small current discharging the input capacitance can flow. As a result, the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer and thus the energy stored in it can be reduced to a minimum. The less energy stored in the inductance of the phase gating dimmer, the lower the voltage overshoot is over the input capacitance.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführung des vorstehenden Aspektes der Erfindung wird der durch den Hochsetzsteller während der Aufmagnetisie- rung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer fließende Strom dadurch verringert, dass die Abschaltstromschwelle des Hochsetzstellers klein gewählt wird im Vergleich zum Betrieb des Hochsetzstellers im Anschluss an die Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer. Dadurch nimmt der Hoch- setzsteller einen Strom kleinerer Amplitude auf; der mittlere durch die Induktivität des Phasenanschnittdimmers fließende Strom kann so sehr klein, oder sogar verschwindend gering, eingestellt werden.In another preferred embodiment of the above aspect of the invention, the current flowing through the boost converter during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer is reduced by the fact that the Abschaltstromschwelle the boost converter is chosen small compared to the operation of the boost converter following the magnetization of the inductor in the dimmer. As a result, the high set a smaller amplitude current; The average current flowing through the inductance of the phase gating dimmer can thus be set very small, or even negligible.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt die Abschaltstrom- schwelle ausgehend von keinem oder einem kleinen Strom durch das Schaltelement während der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenan- schnittd immer dann allerdings zu, so dass auch der vom Hochsetzsteller aufgenommene Strom von Schaltzyklus zu Schaltzyklus des Hochsetzstel- lers zunimmt. Beispielsweise kann die Abschaltschwelle des Hochsetzstel- lers arn Ende der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnitt- dimmer die erhöhte Abschaltschwelle für die Zeit im Anschluss an die Aufmagnetisierung der Induktivität erreichen. Durch ein allmähliches Anwachsen der Abschaltstromschwelle können Laststromschwingungen verringert werden.In a further preferred embodiment, however, the Abschaltstrom- threshold starting from no or a small current through the switching element during the magnetization of the inductance in Phasenan cut d always, however, so that also absorbed by the boost converter current from switching cycle to switching cycle of the boost converter increases. For example, at the end of the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer, the switch-off threshold of the boost converter can reach the increased switch-off threshold for the time following the magnetization of the inductance. By gradually increasing the turn-off current threshold, load current oscillations can be reduced.
Bei einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird das Schaltelement des Hochsetzstellers während der Aufmagnetisierung der Induktivität dauerhaft gesperrt. Damit kann kein die Eingangskapazität entladender Strom fließen.In an alternative, likewise preferred embodiment, the switching element of the boost converter is permanently disabled during the magnetization of the inductance. Thus no current discharging the input capacitance can flow.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verfügt über eine Schal- tungsanordnung zur messtechnischen Erfassung des Abschlusses des Phasenanschnittes, des Beginns der Abmagnetisierung der Induktivität im Pha- senanschnittdimmer und des Abschlusses der Abmagnetisierung derselben Induktivität. Diese drei Zeitpunkte bestimmen die beiden relevanten Zeitintervalle innerhalb derer Ausführungsformen der Erfindung auf eine Reduzierung der Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität hinwirken. Zwischen dem Abschluss des Phasenanschnittes und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung über der Eingangskapazität den Momentanwert der Versorgungsspannung erreicht, wird die Induktivität im Phasenanschnittdimmer aufmag- netisiert; ab diesem Zeitpunkt wird sie abmagnetisiert. Die Schaltungsanordnung besteht vorzugsweise aus einer Serienschaltung aus zwei Differenzierern, die beispielsweise parallel zur Eingangskapazität geschaltet sein können. Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzierers entspricht der zweiten Ableitung der Spannung über der Eingangskapazität und hat die Eigenschaft, dass sie während der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer ein anderes Vorzeichen aufweist als während der Abmagnetisierung derselben Induktivität. Damit sind die beiden relevanten Zeitintervalle bestimmt und das Ausgangssignal des zweiten Differenzierers kann dazu genutzt werden, die Betriebsparameter des Hochsetz- stellers einzustellen. Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzierers kann über zwei Schwellwertelemente in Signale entsprechend den logischen Zuständen Null und Eins umgewandelt werden. Weist die Ausgangsspannung des zweiten Differenzierers das erste Vorzeichen auf, so ist etwa das Ausgangssignal des ersten Schwellwertelementes logisch Eins, entspre- chendes gilt dann für das zweite Schwellwertelement und die Zeit, in der an dem Ausgang des zweiten Differenzierers eine Spannung des anderen Vorzeichens anliegt. Vorzugsweise sind diese Schwellwertelemente Schmitt- Trigger.A preferred embodiment of the invention has a circuit arrangement for the metrological detection of the termination of the phase gating, the beginning of the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer and the completion of the demagnetization of the same inductance. These three times determine the two relevant time intervals within which embodiments of the invention work to reduce the voltage overshoot across the input capacitance. Between the conclusion of the phase control and the time at which the voltage across the input capacitance reaches the instantaneous value of the supply voltage, the inductance is magnetized in the phase gating dimmer; From this point on it will be demagnetized. The circuit arrangement preferably consists of a series connection of two differentiators, which may for example be connected in parallel to the input capacitance. The output voltage of the second differentiator corresponds to the second derivative of the voltage across the input capacitance and has the property that it has a different sign during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer than during the demagnetization of the same inductance. Thus, the two relevant time intervals are determined and the output signal of the second differentiator can be used to set the operating parameters of the boost converter. The output voltage of the second differentiator can be converted via two threshold elements into signals corresponding to the logic states zero and one. If the output voltage of the second differentiator has the first sign, then the output signal of the first threshold element is logically one, and the same applies to the second threshold element and the time in which a voltage of the other sign is present at the output of the second differentiator. Preferably, these threshold elements are Schmitt trigger.
Üblicherweise ist der Spannung über der Eingangskapazität durch die Hoch- setzstellerfunktion eine hochfrequente, vergleichsweise geringe Wechselspannung überlagert. Diese hochfrequenten Schwingungen werden vom ersten Differenzierer ausgekoppelt, eine zweite Differenzierung liefert eventuell kein sinnvolles Ergebnis. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht daher eine Spitzenwerterfassungsschaltung vor. Mittels der Spitzen- Werterfassung wird die erste Ableitung der Spannung über der Eingangskapazität geglättet. Die Qualität einer folgenden Differenzierung nimmt damit zu.Usually, the voltage across the input capacitance is superimposed by the boost setting function with a high-frequency, comparatively low alternating voltage. These high-frequency vibrations are decoupled from the first differentiator, a second differentiation may not provide a meaningful result. A preferred embodiment of the invention therefore provides a peak detection circuit. By means of peak value detection, the first derivative of the voltage across the input capacitance is smoothed. The quality of a subsequent differentiation increases with it.
Die eben beschriebenen Schaltungsanordnungen zur Bestimmung der relevanten Zeitintervalle führen im Prinzip eine messtechnische Erfassung der Kurvenform der Spannung über der Eingangskapazität durch. Daher können diese Schaltungen die relevanten Zeitintervalle unter verschiedenen Umständen verlässlich bestimmen. Diese Schaltungen können für unterschiedlichste Kombinationen aus Eingangskapazität und Induktivität des Phasen- anschnittdimmers eingesetzt werden, da sie den Verlauf der Spannung über der Eingangskapazität vermessen und insofern keine Annahmen über die Eingangskapazität, die Induktivität des Phasenanschnittdimmers oder den Verlauf der Spannung über der Eingangskapazität im Anschluss an den Phasenanschnitt beinhalten.The circuit arrangements just described for determining the relevant time intervals in principle perform a metrological detection of the waveform of the voltage across the input capacitance. Therefore, you can These circuits reliably determine the relevant time intervals under different circumstances. These circuits can be used for various combinations of input capacitance and inductance of the phase gating dimmer, since they measure the course of the voltage across the input capacitance and therefore no assumptions about the input capacitance, the inductance of the phase gating dimmer or the course of the voltage across the input capacitance following include the phase angle.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Werte der Induktivitäten der am Markt verfügbaren Dimmer in einem vergleichsweise kleinen Bereich liegen. Weiter kann die Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität auch mit ergänzenden Maßnahmen (siehe unten und Ansprüche 14 ff.) begrenzt werden. Ist die Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität nicht so ausgeprägt, variieren auch die relevanten Zeitintervalle im Anschluss an den Phasenanschnitt nicht so stark.The inventors have found that the values of the inductances of the dimmers available on the market are in a comparatively small range. Furthermore, the voltage overshoot across the input capacitance can also be limited by supplementary measures (see below and claims 14 ff.). If the voltage overshoot above the input capacitance is not so pronounced, the relevant time intervals after the phase gating also do not vary so much.
In diesen Fällen ist eine messtechnische Erfassung der Kurvenform der Spannung über der Eingangskapazität nicht unbedingt erforderlich.In these cases, a metrological detection of the waveform of the voltage across the input capacitance is not necessarily required.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das elektronische Vorschaltgerät ein Schwellwertelement zur Detektion des Abschlusses des Phasenanschnittes und ein erstes Zeitglied auf, welches eine erste feste Zeit vorgibt und durch das Schwellwertelement im Anschluss an den Phasenanschnitt gesetzt wird.In a preferred embodiment of the invention, the electronic ballast on a threshold value for detecting the completion of the phase gating and a first timer, which provides a first fixed time and is set by the threshold value element following the phase gating.
Dazu kann dem Schwellwertelement etwa die gleichgerichtete Wechselspannungsversorgung, gegebenenfalls über einen Spannungsteiler, zuge- führt werden. Während des Phasenanschnittes kann das Ausgangssignal des Schwellwertelementes logisch Null entsprechen, während es direkt im Anschluss an den Phasenanschnitt auf logisch Eins springt. Durch diesen Sprung kann das erste Zeitglied gesetzt werden, welches für eine konstante vorbestimmte Zeit, der Haltezeit, gesetzt bleibt. Danach kann es sich selbständig wieder zurücksetzen. Die vorbestimmte Haltezeit des Zeitgliedes kann durch eine Mittelung über eines der relevanten Zeitintervalle, welche möglichst viele am Markt verfügbare Dimmer berücksichtigt, festgelegt wer- den. Die Eingangskapazität des elektronischen Vorschaltgerätes, welche diese Schaltung enthält, ist dem Hersteller bekannt und kann entsprechend bei der Haltezeit des ersten Zeitgliedes berücksichtigt werden.For this purpose, the threshold value element can be supplied with approximately the rectified AC voltage supply, optionally via a voltage divider. During the phase control, the output signal of the threshold element can correspond to logic zero, while it jumps to logic one directly after the phase control. Through this jump, the first timer can be set, which is for a constant predetermined time, the holding time, remains set. After that it can reset itself independently. The predetermined hold time of the timer can be determined by averaging over one of the relevant time intervals, which takes into account as many dimmers as possible available on the market. The input capacitance of the electronic ballast containing this circuit is known to the manufacturer and can be considered accordingly in the hold time of the first timer.
Das erste Zeitglied kann etwa eine höchstens der Dauer der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer entsprechende Zeit im An- Schluss an den Phasenanschnitt vorgeben. Dies entspricht der Zeit, zu der die Versorgungsspannung größer ist als die Spannung über der Eingangskapazität. Ist diese Zeit abgelaufen, kann erfindungsgemäß ein zeitweise erhöhter Strom durch den Hochsetzsteller geführt werden. Zusätzlich können die Betriebsparameter des Hochsetzstellers natürlich auch so eingestellt werden, dass während der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer besonders wenig Strom durch den Hochsetzsteller geführt wird.The first timer may, for example, specify a time corresponding to the duration of the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer at the end of the phase gating. This corresponds to the time when the supply voltage is greater than the voltage across the input capacitance. If this time has expired, according to the invention, a temporarily increased current can be passed through the step-up converter. In addition, the operating parameters of the boost converter can of course also be set so that during the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer very little current is passed through the boost converter.
Vorzugsweise weist das elektronische Vorschaltgerät zwei Zeitglieder auf. Beide Zeitglieder können im Anschluss an den Phasenanschnitt durch das gleiche Schwellwertelement gesetzt werden, weisen jedoch unterschiedliche Haltezeiten auf. Auf diese Weise können beispielsweise mittels einer UND- Verknüpfung drei für den Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts relevante Zeitintervalle angegeben werden.Preferably, the electronic ballast on two timers. Both timers can be set by the same threshold element following the phase gating, but have different hold times. In this way, for example, by means of an AND link three relevant for the operation of the electronic ballast time intervals can be specified.
Vorzugsweise beginnt das erste feste Zeitintervall des ersten Zeitgliedes mit dem Ende des Phasenanschnittes und dauert höchstens bis zum Ende der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer. Das zweite feste Zeitintervall des zweiten Zeitgliedes beginnt ebenfalls mit dem Ende des Phasenanschnittes und dauert mindestens bis zum vollständigen Abbau der Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität. Durch die UND-Verknüpfung des ersten und des zweiten festen Zeitintervalls lässt sich ein Zeitintervall, welches mit dem Ende des ersten Zeitintervalls beginnt und mit dem Ende des zweiten Zeitintervalls endet, definieren. Idealerweise beginnt dieses Intervall mit dem Ende der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer und endet nach dem vollständigen Abbau der Überspannung über der Eingangskapazität.Preferably, the first fixed time interval of the first timer begins with the end of the phase gating and lasts at most until the end of the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer. The second fixed time interval of the second timer also begins with the end of the phase gating and lasts at least until complete reduction of the voltage overshoot across the input capacitance. By ANDing the first and second fixed time intervals, a time interval which begins with the end of the first time interval and ends with the end of the second time interval can be defined. Ideally, this interval begins with the end of the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer and ends after complete removal of the overvoltage across the input capacitance.
Vorzugsweise sind die Schwellwertelemente Schmitt-Trigger.Preferably, the threshold elements are Schmitt triggers.
Vorzugsweise wird bei Verwendung eines Betriebsmodus des Hochsetzstel- lers mit erhöhter Einschaltstromschwelle des Schaltelementes im Hochsetz- steller - während der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer - der Übergang zum sich anschließenden Betrieb mit geringeren Einschaltstromschwellen langsam durchgeführt. Das heißt, dass die Einschaltstromschwellen des Schaltelementes im Hochsetzsteller verteilt über einige Stromaufnahmezyklen des Hochsetzstellers kleiner werden. Dadurch können weitere Laststromschwingungen verringert werden.When using an operating mode of the boost converter with increased inrush current threshold of the switching element in the boost converter - during the demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer - the transition to the subsequent operation with lower inrush current thresholds is preferably carried out slowly. This means that the inrush current thresholds of the switching element distributed in the boost converter become smaller over some current consumption cycles of the boost converter. As a result, further load current oscillations can be reduced.
Bis zu dieser Stelle ist beschrieben, wie sich Blindstromschwingungen mittels einer Einstellung des zeitlichen Verlaufes des Stromes durch den Hochsetzsteller reduzieren lassen. Als zusätzliche erfindungsgemäße Maßnahme können Blindstromschwingungen reduziert werden durch geeignetes Laden oder Entladen der Eingangskapazität vor dem Ende das Phasenanschnittes und es kann damit zusätzlich der die Induktivität im Phasenanschnittdimmer ladende Strom quantitativ reduziert werden. Ein Vorschaltgerät, welches beide Möglichkeiten der Blindstromreduzierung verwirklicht, dämpft Blindstromschwingungen noch effektiver.Up to this point is described how reactive current oscillations can be reduced by means of an adjustment of the time profile of the current through the boost converter. As an additional measure according to the invention, reactive current oscillations can be reduced by suitably charging or discharging the input capacitance before the end of the phase gating, and thus additionally the current charging the inductance in the phase gating dimmer can be reduced quantitatively. A ballast, which realizes both possibilities of reactive current reduction, attenuates reactive current oscillations more effectively.
Die Spannungsüberschwingungen sind nämlich besonders ausgeprägt, wenn die Spannung über der Eingangskapazität im Anschluss an den Phasenanschnitt deutlich kleiner als der Momentanwert der Versorgungsspannung ist. Hier und im folgenden Text ist der „Momentanwert der Versorgungsspan- nung im Anschluss an den Phasenanschnitt" so zu verstehen, dass sich die Versorgungsspannung über dem Vorschaltgerät bzw. über dem Phasenan- schnittdimmer bereits voll aufgebaut hat.The voltage overshoots are particularly pronounced when the voltage across the input capacitance following the phase gating is significantly less than the instantaneous value of the supply voltage. Here and in the following text is the "instantaneous value of the supply following the phase control "is to be understood as meaning that the supply voltage across the ballast or above the phase gating dimmer has already fully built up.
Ist die Spannung über der Eingangskapazität zu diesem Zeitpunkt größer als der Momentanwert der Versorgungsspannung, fließt so lange kein Strom durch den Dimmer, bis die Eingangskapazität durch einen Strom durch die Last soweit entladen ist, dass deren Spannung dem Momentanwert der Versorgungsspannung entspricht. In dieser Zeit kann jedoch das Schaltelement im Phasenanschnittdimmer ausschalten.If the voltage across the input capacitance at this time is greater than the instantaneous value of the supply voltage, no current flows through the dimmer until the input capacitance is discharged by a current through the load so that its voltage corresponds to the instantaneous value of the supply voltage. During this time, however, the switching element in the phase gating dimmer can turn off.
Im Betrieb sind daher beide Fälle zu vermeiden.In operation, therefore, both cases should be avoided.
Je größer die Differenz zwischen der Versorgungsspannung des Vorschalt- gerätes und der Spannung über der Eingangskapazität des Vorschaltgerätes am Ende des Phasenanschnittes, umso mehr Spannung fällt über der Induktivität des Dimmers ab. Der während der Aufmagnetisierung der Induktivität des Dimmers fließende Strom nimmt solange zu, wie die Spannung über der Eingangskapazität kleiner als die Versorgungsspannung an der Last ist.The greater the difference between the supply voltage of the ballast and the voltage across the input capacitance of the ballast at the end of the phase control, the more voltage drops across the inductance of the dimmer. The current flowing during the magnetization of the inductance of the dimmer increases as long as the voltage across the input capacitance is less than the supply voltage at the load.
Eine Reduzierung dieser Differenz zu Beginn der Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer verringert die anfängliche Spannung über dieser. Somit werden entsprechende Blindströme, welche die Induktivität aufmagnetisieren und die Spannungsüberschwingung über der Eingangskapazität verursachen, zusätzlich verringert.A reduction of this difference at the beginning of the inductance magnetization in the dimmer reduces the initial voltage across it. Thus, respective reactive currents which magnetize the inductance and cause voltage overshoot across the input capacitance are further reduced.
Dazu wird durch einen Ladevorgang (Auf- oder Entladevorgang) vor dem Ende des Phasenanschnittes einer Netzhalbwelle die Eingangskapazität auf einen Wert geladen, der höchstens dem Momentanwert der Versorgungs- Spannung am Ende des Phasenanschnittes entspricht. Die Spannung über der Eingangskapazität soll zu diesem Zeitpunkt aber nicht den Wert der Ver- sorgungsspannung überschreiten, da sonst kein kontinuierlicher Netzstrom garantiert werden kann.For this purpose, the input capacitance is charged to a value which corresponds at most to the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control by a charging process (charging or discharging) before the end of the phase control of a mains half-wave. The voltage across the input capacitance should not, however, at that time exceed supply voltage, otherwise no continuous mains current can be guaranteed.
Der Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes innerhalb einer Netzhalbwelle ist vorab nicht bekannt. Vorzugswei- se verfügt daher die Erfindung bei dieser Ausführungsform über eine Speichervorrichtung zur Speicherung eines Prognosewertes für die Versorgungsspannung zum Zeitpunkt des Endes des Phasenanschnittes, der aus einer oder mehreren vorhergehenden Netzhalbwellen gewonnen wurde. Weiter unten werden bevorzugte Implementierungen einer solchen Speichervorrich- tung vorgestellt. Der Prognosewert des Momentanwertes der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes kann dann in einer folgenden Netzhalbwelle dazu genutzt werden, die Eingangskapazität aktiv so zu laden oder zu entladen, dass die Spannung über der Eingangskapazität höchstens den gespeicherten Wert annimmt.The instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control within a system half-cycle is not known in advance. Preferably, therefore, the invention in this embodiment has a memory device for storing a prognosis value for the supply voltage at the time of the end of the phase gating, which was obtained from one or more preceding network half-waves. Below, preferred implementations of such a storage device are presented. The prediction value of the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control can then be used in a following system half-cycle to actively charge or discharge the input capacitance such that the voltage above the input capacitance at most assumes the stored value.
Vorzugsweise verfügt die Erfindung über eine Vorrichtung zum Speichern eines Momentanwertes der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes aus einer oder mehreren vorhergehenden Netzhalbwellen. Der Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes einer vorhergehenden Netzhalbwelle muss jedoch nicht identisch mit dem Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes einer folgenden Netzhalbwelle sein - es handelt sich vielmehr um eine Prognose für den Versorgungsspannungswert, wie im vorangehenden Absatz erläutert.Preferably, the invention has a device for storing an instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control of one or more preceding network half-waves. However, the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase gating of a preceding mains half-wave does not have to be identical to the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase gating of a following mains half-wave - it is rather a forecast for the supply voltage value, as explained in the previous paragraph.
Falls die Netzhalbwelle, in welcher ein Wert gespeichert wurde, noch nicht zu viele Netzhalbwellen zurückliegt, kann man davon ausgehen, dass der gespeicherte Wert für die aktuelle Netzhalbwelle sehr ähnlich ist. Dies ist der Fall, weil Veränderungen des Phasenanschnittes zwischen aufeinander folgenden Netzhalbwellen üblicherweise langsam stattfinden. Blindstromschwingungen werden am effektivsten reduziert, wenn die Eingangskapazität genau auf den Wert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes geladen wird. Um jedoch sicher zu sein, dass die Spannung über der Eingangskapazität nicht größer als die Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes ist, wird die Eingangskapazität auf einen Wert geladen, der etwas kleiner ist als der gespeicherte Prognosewert.If the network half-wave in which a value has been stored does not yet have too many network half-waves, it can be assumed that the stored value for the current network half-wave is very similar. This is the case because changes in the phase angle between successive line half-waves usually take place slowly. Reactive current oscillations are reduced most effectively when the input capacitance is charged exactly to the value of the supply voltage at the end of the phase gating. However, to be sure that the voltage across the input capacitance is not greater than the supply voltage at the end of the phase gating, the input capacitance is charged to a value slightly less than the stored predictive value.
In der Praxis hat es sich bewährt, die Spannung über der Eingangskapazität auf etwa 90 - 95% der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes einzustellen. Aber auch mit Werten ab 50 % kann schon gearbeitet wer- den.In practice, it has proven useful to set the voltage across the input capacitance to about 90-95% of the supply voltage at the end of the phase control. But values as high as 50% can already be worked on.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Prognosewert der Versorgungsspannung im Anschluss an den Phasenanschnitt in jeder Netzhalbwelle neu gespeichert und in der jeweils folgenden Netzhalbwelle genutzt.In a preferred embodiment of the invention, the prognosis value of the supply voltage following the phase gating is newly stored in each network half-wave and used in the respectively following network half-wave.
Vorzugsweise speichert die Speichervorrichtung den Momentanwert der Versorgungsspannung innerhalb eines Zeitfensters nach dem Abschluss des Phasenanschnittes. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dazu eine Spitzenwerterfassungsschaltung verwendet. Das Zeitfenster kann beispielsweise zum Laden eines Kondensators verwendet werden, ist aber sehr kurz im Vergleich zur sinusförmigen Versorgungsspannung.The memory device preferably stores the instantaneous value of the supply voltage within a time window after the completion of the phase control. In a preferred embodiment of the invention, a peak detection circuit is used for this purpose. The time window can be used for charging a capacitor, for example, but is very short compared to the sinusoidal supply voltage.
Das Zeitfenster wird vorzugsweise so eingestellt, dass es sich öffnet und schließt innerhalb eines Zeitintervalls, welches mit dem Durchschalten des Phasenanschnittdimmers beginnt und welches damit endet, dass die Spannung über der Eingangskapazität den Wert der momentanen Versorgungs- Spannung erreicht. Damit ist insbesondere der Fall ausgeschlossen, dass ein Wert gespeichert wird, der größer als die Versorgungsspannung beim Durchschalten des Dimmers ist. Beim erstmaligen Anlegen der Versorgungsspannung an den Dimmer und die Lampe kann eine Blindstromschwingung nicht ausgeschlossen werden, da noch kein Prognosewert gespeichert ist. Nach wenigen Halbwellen ist jedoch ein stabiler Zustand erreicht.The time window is preferably set to open and close within a time interval beginning with the gating of the phase gating dimmer and ending with the voltage across the input capacitance reaching the value of the instantaneous supply voltage. This excludes in particular the case that a value is stored which is greater than the supply voltage when switching on the dimmer. When applying the supply voltage to the dimmer and the lamp for the first time, a reactive current oscillation can not be ruled out, as no prognosis value has yet been stored. After a few half waves, however, a stable state is reached.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird die Länge des Zeitfensters durch einen Monoflop bestimmt. Dies wird durch ein Signal aus einer Steuerschaltung des elektronischen Vorschaltgerätes gesetzt und setzt sich nach einer gegebenen Zeit wieder zurück. Beispielsweise kann der beginnende Stromfluss durch die Speicherdrossel des Hochsetzstellers das Setzen des Monoflops triggern. Das Monoflop definiert das Zeitfenster für die Speicherung des Momentanwertes der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes, beispielsweise mittels eines durch das Monoflop gesteuerten Schalters.In a preferred embodiment of the invention, the length of the time window is determined by a monoflop. This is set by a signal from a control circuit of the electronic ballast and resets after a given time back. For example, the incipient current flow through the storage choke of the boost converter can trigger the setting of the monoflop. The monoflop defines the time window for the storage of the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control, for example by means of a switch controlled by the monoflop.
Das Zeitfenster wird bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mittels eines Differenzierers aus einem Kondensator und einem Widerstand vorgegeben. Der Differenzierer wird durch eine Flanke eines Signals aus einer Steuerschaltung des Vorschaltgerätes angesprochen. In Folge der Flanke tritt über dem Widerstand des Differenzierers ein Spannungssprung gefolgt von einem exponentiellen Abklingen auf. Die Zeitkonstante des exponentiel- len Abklingens ist bestimmt durch die Größe des Widerstandes und des Kondensators im Differenzierer. Das exponentielle Abklingen definiert das Zeitfenster für die Speicherung des Momentanwertes der Versorgungsspannung.The time window is specified in a further preferred embodiment by means of a differentiator of a capacitor and a resistor. The differentiator is addressed by an edge of a signal from a control circuit of the ballast. As a result of the flank occurs across the resistance of the differentiator on a voltage jump followed by an exponential decay. The time constant of the exponential decay is determined by the size of the resistor and the capacitor in the differentiator. The exponential decay defines the time window for the storage of the instantaneous value of the supply voltage.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform für die Bestimmung eines Zeit- fensters und zur Speicherung eines Prognosewertes der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes basiert auf folgendem Zusammenhang: Zum Zeitpunkt des Endes der Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer entspricht der Momentanwert der Spannung über der Eingangskapazität dem Momentanwert der Versorgungsspannung. Da seit dem Ende des Phasenanschnittes sich die Versorgungsspannung kaum geändert hat, entspricht dann die Spannung über der Eingangskapazität etwa dem Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes. Der Zeitpunkt des Endes der Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer entspricht dem Nulldurchgang der zweiten Ableitung der Spannung über der Eingangskapazität des Vorschaltgerätes und ist leicht zu bestimmen, gegebenenfalls auch zu schätzen (wie in den Ausführungsbeispielen im An- schluss an Figur 12 beschrieben). In diesem Fall kann man als Prognosewert die Spannung über der Eingangskapazität des Vorschaltgerätes zu diesem Zeitpunkt speichern.A further preferred embodiment for the determination of a time window and for storing a prognosis value of the supply voltage at the end of the phase gating is based on the following relationship: At the time of the end of the magnetization of the inductance in the dimmer, the instantaneous value of the voltage across the input capacitance corresponds to the instantaneous value of the supply voltage. Since the end of the phase control, the supply voltage has barely changed, then corresponds to the voltage across the input capacitance about the instantaneous value of the supply voltage at the end of the phase control. The time of the end of the magnetization of the inductance in the dimmer corresponds to the zero crossing of the second derivative of the voltage across the input capacitance of the ballast and is easy to determine, if necessary also estimate (as described in the embodiments in connection with FIG. 12). In this case, one can store as a prediction value, the voltage across the input capacitance of the ballast at this time.
Vorzugsweise weist eine Ausführungsform eine Vergleichsvorrichtung auf. Diese vergleicht den Wert aus der Speichervorrichtung mit dem aktuellen Wert der Spannung über der Eingangskapazität. Vor dem Ende des Phasenanschnittes steuert die Vergleichsvorrichtung die Steuerschaltung des Hoch- setzstellers an, welcher dann die Eingangskapazität entsprechend entlädt. Ist beispielsweise die Spannung über der Eingangskapazität größer als der gespeicherte Wert, so wird die Eingangskapazität entladen. Im Ausführungsbeispiel ist konkreter beschrieben, wie das Ausgabesignal der Vergleichseinrichtung zur Steuerung des Ladevorganges der Eingangskapazität beitragen kann.Preferably, an embodiment comprises a comparison device. This compares the value from the memory device with the current value of the voltage across the input capacitance. Before the end of the phase control, the comparison device controls the control circuit of the boost converter, which then discharges the input capacitor accordingly. For example, if the voltage across the input capacitance is greater than the stored value, the input capacitance is discharged. In the exemplary embodiment, it is described more concretely how the output signal of the comparison device can contribute to the control of the charging process of the input capacitance.
Vorzugsweise wird die Eingangskapazität über eine Aktivierung des Hoch- setzstellers vor dem Abschluss des Phasenanschnittes entladen.Preferably, the input capacitance is discharged via activation of the boost regulator before termination of the phase gating.
Vorzugsweise wird die Eingangskapazität von dem Zwischenkreiskondensa- tor geladen. Dazu kann eine zwischen die versorgungspotentialseitigen An- Schlüsse des Zwischenkreiskondensators und der Eingangskapazität geschaltete Diode mit einem Widerstand überbrückt sein. Es gibt Bauformen von Hochsetzstellern, die mehrere zwischen die versorgungspotentialseitigen Anschlüsse des Zwischenkreiskondensators und der Eingangskapazität ge- schaltete Dioden aufweisen; hier können eine oder mehrere Dioden überbrückt sein.Preferably, the input capacitance is charged by the DC link capacitor. For this purpose, a diode connected between the supply potential-side terminals of the intermediate circuit capacitor and the input capacitance can be bridged with a resistor. There are designs of boost converters that have several between the supply potential-side terminals of the DC link capacitor and the input capacitance. having switched diodes; here one or more diodes can be bridged.
Um die Eingangskapazität auf den in der Speichervorrichtung gespeicherten Wert zu laden, ist eine Steuerung erforderlich. Soll eine solche nicht eigens hinzugefügt werden, so kann zunächst die Eingangskapazität von dem Zwi- schenkreiskondensator so stark aufgeladen werden, dass die Spannung über der Eingangskapazität in jedem Fall zu hoch ist. Daraufhin kann der Hoch- setzsteller aktiviert werden, um die Eingangskapazität auf den gewünschten Wert (höchstens den Prognosewert) zu entladen.To load the input capacitance to the value stored in the memory device, control is required. If one is not to be added separately, first the input capacitance of the intermediate circuit capacitor can be charged so strongly that the voltage across the input capacitance is in any case too high. The boost converter can then be activated in order to discharge the input capacitance to the desired value (at most the forecast value).
Die vorstehende und die nachfolgende Beschreibung der einzelnen Merkmale beziehen sich auf das elektronische Vorschaltgerät und auf eine Entladungslampe mit einem erfindungsgemäßen integrierten elektronischen Vorschaltgerät. Weiter bezieht sie sich mit den einzelnen Merkmalen auch auf ein der Erfindung entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines elektroni- sehen Vorschaltgeräts. Dies gilt auch, ohne dass es im Einzelnen noch explizit erwähnt wird.The above and the following description of the individual features relate to the electronic ballast and to a discharge lamp with an integrated electronic ballast according to the invention. Furthermore, it relates to the individual features also to a method according to the invention for operating an electronic ballast. This also applies without being explicitly mentioned in detail.
Die Erfindung bezieht sich also grundsätzlich auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgerätes mit einem ein Schaltelement und eine Eingangskapazität aufweisenden Hochsetzsteller an einem eine zur Versorgung seriell wirkende Induktivität aufweisenden Phasenanschnittdim- mer, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Netzhalbwelle die Betriebsparameter des Hochsetzstellers während der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts, so eingestellt werden, dass, verglichen mit dem Betrieb des Hochsetzstellers nach der Abmagnetisierung der Induktivität, ein zeitweise erhöhter Strom durch den Hochsetzsteller fließt. Kurze Beschreibung der ZeichnungenThe invention thus also relates in principle to a method for operating an electronic ballast having a step-up converter having a switching element and an input capacitance on a phase-gating dimmer having a series-acting inductance, characterized in that the operating parameters of the step-up converter during a half-wave Demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, temporally after completion of the phase gating, be set so that, compared with the operation of the boost converter after the demagnetization of the inductance, a temporarily increased current flows through the boost converter. Brief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen 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.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The individual features disclosed may also be essential to the invention in other combinations. The above and following description refers to the device category and the method category of the invention, although not explicitly mentioned in detail.
Figur 1 zeigt schematisch einen Hochsetzsteller als Teil eines elektronischen Vorschaltgerätes mit einem vorgeschalteten Phasenanschnittdimmer.1 shows schematically a boost converter as part of an electronic ballast with an upstream phase gating dimmer.
Figur 2 zeigt schematisch für ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über einer Eingangskapazität einer Last UC, den Netzstrom IN und den mittleren durch den Hochsetzsteller fließenden Strom ILH. Es sind drei rele- vante Zeitintervalle T1 , T2, T3 eingetragen.FIG. 2 schematically shows the supply voltage UIN for an electronic ballast according to the prior art, the voltage across an input capacitance of a load UC, the line current IN and the average current ILH flowing through the step-up converter. There are three relevant time intervals T1, T2, T3 entered.
Figur 3 zeigt schematisch für ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer ersten Vorrichtung zur Blindstromschwingungsreduzierung die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über der Eingangskapazität der Last UC, den Netz- ström IN und den mittleren durch den Hochsetzsteller fließenden Strom ILH. Es sind zwei relevante Zeitintervalle T1 , T2 eingetragen.Figure 3 shows schematically for an electronic ballast with a first device for reactive current oscillation reduction, the supply voltage UIN, the voltage across the input capacitance of the load UC, the Netzstrom IN and the middle flowing through the boost converter current ILH. There are two relevant time intervals T1, T2 entered.
Figur 4 zeigt eine erste Schaltungsanordnung zu einer Figur 3 entsprechenden Blindstromschwingungsreduzierung.FIG. 4 shows a first circuit arrangement for a reactive current oscillation reduction corresponding to FIG.
Figur 5 zeigt relevante Spannungsverläufe der Schaltungsanordnung aus Figur 4. Figur 6 zeigt eine zweite Schaltungsanordnung zu einer Figur 3 entsprechenden Blindstromschwingungsreduzierung.FIG. 5 shows relevant voltage profiles of the circuit arrangement from FIG. 4. FIG. 6 shows a second circuit arrangement for a reactive current oscillation reduction corresponding to FIG.
Figur 7 zeigt eine dritte Schaltungsanordnung zu einer Figur 3 entsprechenden Blindstromreduzierung.FIG. 7 shows a third circuit arrangement for reactive-current reduction corresponding to FIG.
Figur 8 zeigt relevante Signalverläufe der Schaltungsanordnung aus Figur 7.FIG. 8 shows relevant signal curves of the circuit arrangement from FIG. 7.
Figur 9 zeigt schematisch für ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung UC über einer Eingangskapazität C der Last, die Spannung UL über einer Induktivität desFIG. 9 schematically shows, for a prior art electronic ballast, the supply voltage UIN, the voltage UC across an input capacitance C of the load, the voltage UL across an inductance of the load
Dimmers und den Netzstrom IN. Es sind drei relevante Zeitintervalle T1 , T2, T3 eingetragen.Dimmers and the mains power IN. There are three relevant time intervals T1, T2, T3 entered.
Figuren 10 a, b zeigen schematisch einen Verlauf der Spannung UC ü- ber der Eingangskapazität C beim Entladen bzw. Laden der Eingangskapazität C und die VersorgungsspannungFIGS. 10 a, b show schematically a profile of the voltage UC over the input capacitance C during discharging or charging of the input capacitance C and the supply voltage
UIN.UIN.
Figur 1 1 zeigt schematisch für ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer zweiten Vorrichtung zur Blindstromschwingungsreduzierung die Versorgungsspannung UIN, die Spannung UC über der Eingangskapazität C der Last, die Spannung UL über der Induktivität des Dimmers und den Netzstrom IN. Wieder sind drei relevante Zeitintervalle T1 , T2, T3 eingetragen.FIG. 11 schematically shows, for an electronic ballast with a second device for reactive current oscillation reduction, the supply voltage UIN, the voltage UC across the input capacitance C of the load, the voltage UL across the inductance of the dimmer and the mains current IN. Again, three relevant time intervals T1, T2, T3 are entered.
Figur 12 a zeigt eine Schaltungsanordnung zur Speicherung von Prognosewerten und zum Vergleich eines Prognosewertes mit der Spannung UC über der Eingangskapazität C.FIG. 12 a shows a circuit arrangement for storing prognosis values and for comparing a prognosis value with the voltage UC over the input capacitance C.
Figur 12 b zeigt eine Variation der Schaltungsanordnung aus FigurFIG. 12 b shows a variation of the circuit arrangement from FIG
12 a. Figur 13 zeigt eine Variation der Schaltungsanordnung aus Figur12 a. FIG. 13 shows a variation of the circuit arrangement from FIG
1.1.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Figur 1 zeigt schematisch einen Hochsetzsteller als Teil eines elektronischen Vorschaltgerätes einer Kompakt-Leuchtstofflampe CFL.Figure 1 shows schematically a boost converter as part of an electronic ballast of a compact fluorescent lamp CFL.
Dem elektronischen Vorschaltgerät ein Phasenanschnittdimmer DIM vorgeschaltet. Dieser weist eine Serienschaltung aus einem Triac TR und einer Induktivität LP auf. Diese Serienschaltung ist seriell in eine Wechselspannungsversorgungsleitung des elektronischen Vorschaltgerätes geschaltet. Eine weitere Wechselspannungsversorgungsleitung ist durch den Phasenanschnittdimmer DIM hindurchgeführt. Ist der Triac TR durchgeschaltet, so liegt eine Versorgungsspannung UIN zwischen einem Knoten zwischen dem Triac TR und der Induktivität LP und der anderen Wechselspannungsversorgungsleitung an. Die Ausgänge des Phasenanschnittdimmers DIM sind mit den Eingängen einen Gleichrichters GL des elektronischen Vorschaltgerätes verschaltet.The electronic ballast upstream of a phase gating dimmer DIM. This has a series circuit of a triac TR and an inductance LP. This series circuit is connected in series in an AC supply line of the electronic ballast. Another AC supply line is passed through the phase gating dimmer DIM. If the triac TR is switched through, then a supply voltage UIN is present between a node between the triac TR and the inductance LP and the other AC voltage supply line. The outputs of the phase gating dimmer DIM are connected to the inputs of a rectifier GL of the electronic ballast.
Der Hochsetzsteller wird durch einen Kondensator C, einen Zwischenkreis- kondensator CH, eine Diode DH, eine Speicherdrossel LH und ein Schaltelement SH, hier ein MOSFET, gebildet.The boost converter is formed by a capacitor C, a DC link capacitor CH, a diode DH, a storage inductor LH and a switching element SH, here a MOSFET.
Üblicherweise enthalten Hochsetzsteller auch eine hier jedoch nicht gezeichnete Steuerschaltung zur Ansteuerung des Schaltelementes SH. Beispielsweise kann eine Steuerschaltung wie in der EP 1 465 330 A2 beschrieben verwendet werden.Usually, boost converters also include a control circuit not shown here for driving the switching element SH. For example, a control circuit as described in EP 1 465 330 A2 can be used.
Über den Gleichrichter GL wird der Zwischenkreiskondensator CH über die Speicherdrossel LH und die Diode DH geladen. Der Zwischenkreiskondensa- tor versorgt beispielsweise eine Kompakt-Leuchtstofflampe CFL über eine Inverterschaltung INV.The DC link capacitor CH is charged via the rectifier GL via the storage inductor LH and the diode DH. The DC link capacitor For example, tor supplies a compact fluorescent lamp CFL via an inverter circuit INV.
Die Schaltung arbeitet wie folgt: Die Netzwechselspannung wird in dem Gleichrichter GL in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Parallel zu dem Gleichrichter GL ist auf der Gleichspannungsseite der Kondensator C zur Funkentstörung geschaltet. In die positive Zuleitung ist eine Speicherdrossel LH geschaltet. Das Schaltelement SH sorgt im eingeschalteten Zustand für einen bis zu einem einstellbaren Wert ansteigenden Stromfluss in der Speicherdrossel LH. Die Diode DH leitet nach dem Ausschalten des Schaltelementes SH den in der Speicherdrossel LH eingeprägten Strom in den Zwischenkreiskondensator CH.The circuit operates as follows: The AC line voltage is converted in the rectifier GL in a pulsating DC voltage. Parallel to the rectifier GL, the capacitor C is connected on the DC side for radio interference suppression. In the positive supply line a storage inductor LH is connected. The switching element SH ensures in the on state for a rising to an adjustable value current flow in the storage inductor LH. After switching off the switching element SH, the diode DH conducts the current impressed in the storage inductor LH into the intermediate circuit capacitor CH.
Zunächst wird beschrieben, wie sich Blindstromschwingungen mittels einer Einstellung des zeitlichen Verlaufes eines Stromes ILH durch den Hochsetz- steller reduzieren lassen.First, it is described how reactive current oscillations can be reduced by means of an adjustment of the time profile of a current ILH by the boost converter.
In Figur 2 ist für ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN1 die Spannung über der Eingangskapazität der Last UC, der Netzstrom IN und der mittlere durch den Hochsetz- steller fließende Strom ILH gezeigt. Es sind drei relevante Intervalle T1 , T2, T3 eingetragen.In FIG. 2, for an electronic ballast according to the prior art, the supply voltage UIN 1 shows the voltage across the input capacitance of the load UC, the line current IN and the average current ILH flowing through the step-up converter. There are three relevant intervals T1, T2, T3 entered.
Das Ende des Phasenanschnittes definiert den Anfang des ersten Intervalls TL Es beginnt ein Stromfluss IN vom Versorgungsnetz durch den Dimmer. Der Anstieg des Stromes IN wird durch die Induktivität des Dimmers bestimmt. Die Spannung UC über der Eingangskapazität C wächst an. Das Intervall T1 endet, sobald die Spannung UC über der Eingangskapazität C dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN entspricht.The end of the phase angle defines the beginning of the first interval TL A current flow IN from the supply network through the dimmer begins. The increase of the current IN is determined by the inductance of the dimmer. The voltage UC across the input capacitance C increases. The interval T1 ends as soon as the voltage UC across the input capacitance C corresponds to the instantaneous value of the supply voltage UIN.
In dem zweiten Intervall T2 wird die Eingangskapazität C durch die serielle Induktivität L des Phasenanschnittdimmers weiter aufgeladen. Die vollständige Abmagnetisierung der Induktivität L definiert das Ende des Intervalls T2. Obwohl im Zeitintervall T2 die Spannung über der Eingangskapazität C hö- her ist als die Versorgungsspannung UIN, fließt weiter ein Netzstrom IN, weil die Induktivität im Phasenanschnittdimmer abmagnetisiert und den Fluss von IN in gleicher Richtung aufrechterhält.In the second interval T2, the input capacitance C is further charged by the serial inductance L of the phase gating dimmer. The complete demagnetization of the inductance L defines the end of the interval T2. Although in the time interval T2 the voltage across the input capacitance C increases. Her is than the supply voltage UIN, a mains current continues to flow IN, because the inductance demagnetizes in the phase gating dimmer and maintains the flow of IN in the same direction.
In einem dritten Intervall T3 fließt zunächst ein kleiner Strom IN von der Ein- gangskapazität C zurück zur Versorgung, da die Gleichrichterdioden in Sperrrichtung kommutieren. Durch den durch den Hochsetzsteller fließenden Strom ILH sinkt die Spannung über der Eingangskapazität C und erreicht daraufhin den Momentanwert der Versorgungsspannung. Dieser Zeitpunkt entspricht dem Ende des Intervalls T3.In a third interval T3, initially a small current IN flows from the input capacitance C back to the supply, since the rectifier diodes commutate in the reverse direction. As a result of the current ILH flowing through the boost converter, the voltage across the input capacitance C decreases and then reaches the instantaneous value of the supply voltage. This time corresponds to the end of the interval T3.
In dem zuvor beschriebenen Szenario kommt es im Intervall T3 dazu, dass kein Netzstrom IN fließt. Die Konsequenz ist, dass der Phasenanschnittdimmer, wenn er einen Triac als Schaltelement verwendet, ausschaltet. Triacs brauchen einen gewissen Haltestrom, um eingeschaltet zu bleiben.In the scenario described above, in the interval T3, no mains current IN flows. The consequence is that the phase angle dimmer, when using a triac as a switching element, turns off. Triacs need a certain holding current to stay on.
In Figur 3 ist für ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über der Eingangskapazität der Last UC, der Netzstrom IN und der mittlere durch den Hochsetzsteller fließende Strom ILH gezeigt. Es sind zwei relevante Intervalle T1 , T2 eingetragen.FIG. 3 shows, for an electronic ballast according to the invention, the supply voltage UIN, the voltage across the input capacitance of the load UC, the line current IN and the average current ILH flowing through the step-up converter. Two relevant intervals T1, T2 are entered.
Im Unterschied zum Szenario in Figur 2 fließt bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät in Figur 3 während des Intervalls T1 kein Strom ILH durch den Hochsetzsteller, weil das Schaltelement SH des Hoch- setzstellers aus Figur 1 dauerhaft sperrt. Dadurch kann die Aufmagnetisierung der seriellen Induktivität L des Phasenanschnittdimmers minimiert werden.In contrast to the scenario in FIG. 2, in the electronic ballast according to the invention in FIG. 3 no current ILH flows through the boost converter during the interval T1 because the switching element SH of the boost regulator of FIG. 1 permanently shuts off. As a result, the magnetization of the series inductance L of the phase gating dimmer can be minimized.
Im Intervall T2, während dessen die Induktivität im Phasenanschnittdimmer L abmagnetisiert und die in ihr gespeicherte Energie zur kapazitiven Last übertragen wird, fließt ein Strom ILH durch den Hochsetzsteller. Dieser Strom ILH muss so groß sein, dass die vorübergehende Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität C nicht so stark ausgeprägt ist wie in Figur 2. Dazu muss innerhalb des Intervalls T2 die von ILH übertragene Energie größer sein als die in der seriellen Induktivität des Phasenanschnittdimmers L gespeicherte Energie zu Beginn des Intervalls T2.In the interval T2, during which the inductance in the phase gating dimmer L is demagnetized and the energy stored in it is transferred to the capacitive load, a current ILH flows through the step-up converter. This current ILH must be so large that the temporary voltage overshoot above the input capacitance C is not as pronounced as in FIG Within the interval T2, the energy transmitted by ILH must be greater than the energy stored in the serial inductance of the phase gating dimmer L at the beginning of the interval T2.
Ein erhöhter Stromfluss innerhalb des Intervalls T2 kann dadurch erreicht werden, dass der Hochsetzsteller, im Gegensatz zum ansonsten genutzten diskontinuierlichen Betriebsmodus, zeitweise im kontinuierlichen Betriebsmodus betrieben wird.An increased current flow within the interval T2 can be achieved by operating the boost converter temporarily in continuous operation mode, in contrast to the otherwise used discontinuous operating mode.
Beim Vergleich von Figur 2 und Figur 3 sieht man, dass der Strom ILH durch den Hochsetzsteller bei der Erfindung im Intervall T1 stark reduziert ist und im Intervall T2 stark erhöht ist. Im Anschluss an T2 wird bei der Erfindung der Stromfluss aus der Versorgung IN nicht unterbrochen. Das Intervall T3 entfällt. Der Phasenanschnittdimmer schaltet nicht aus.When comparing FIG. 2 and FIG. 3, it can be seen that the current ILH is greatly reduced by the step-up converter in the invention in the interval T1 and is greatly increased in the interval T2. Following T2, the current flow from the supply IN is not interrupted in the invention. The interval T3 is omitted. The phase control dimmer does not switch off.
Zusätzlich kann obiges Ergebnis auch durch eine Erhöhung der Abschaltstromschwelle erzielt werden. Arbeitet der Hochsetzsteller mit einer erhöhten Abschaltstromschwelle, so fließt während der Stromaufnahmezyklen ein größerer mittlerer Strom durch die Speicherdrossel. Damit die Speicherdrossel nicht sättigt, muss sie eventuell anders dimensioniert werden.In addition, the above result can also be achieved by increasing the Abschaltstromschwelle. If the boost converter operates with an increased turn-off current threshold, a larger average current flows through the storage inductor during the power consumption cycles. So that the storage throttle does not saturate, it may need to be re-dimensioned.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erfassung der Grenzen der Intervalle T1 und T2.FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention for detecting the limits of the intervals T1 and T2.
Parallel zu der Eingangskapazität C der Last ist eine Serienschaltung aus einem Kondensator C2 und einem Widerstand R1 geschaltet. Parallel zu dem Widerstand R1 wird eine Serienschaltung aus einem Kondensator C3 und einem Widerstand R2 geschaltet. An dem Verbindungsknoten zwischen R2 und C3 werden Schwellwertbauelemente, konkret zwei Schmitt-Trigger ST1 und ST2, angeschlossen, deren Ausgaben die Intervalle T1 und T2 markieren.Parallel to the input capacitance C of the load, a series circuit of a capacitor C2 and a resistor R1 is connected. Parallel to the resistor R1, a series circuit of a capacitor C3 and a resistor R2 is connected. Threshold components, specifically two Schmitt triggers ST1 and ST2, whose outputs mark the intervals T1 and T2, are connected to the connection node between R2 and C3.
Figur 5 zeigt relevante Spannungsverläufe der Schaltungsanordnung aus Figur 4. Zur Beschreibung der Spannungsveriäufe in Figur 5 wird eine Sprungfunktion als Versorgungsspannung UIN angenommen. Diese Annahme über die Versorgungsspannung UIN ist eine gute Näherung für den tatsächlichen zeitlichen Verlauf der phasenangeschnittenen Versorgungsspannung auf der inte- ressierenden Zeitskala. Weiter wird bei der folgenden Betrachtung der Strom ILH durch den Hochsetzsteller vernachlässigt. Dieser ist für die Betrachtung der Schwingungsvorgänge beim Durchschalten des Phasenanschnittdim- mers nur von untergeordneter Bedeutung:FIG. 5 shows relevant voltage profiles of the circuit arrangement from FIG. 4. For the description of the voltage curves in FIG. 5, a step function is assumed as the supply voltage UIN. This assumption about the supply voltage UIN is a good approximation for the actual time course of the phase-cut supply voltage on the interesting time scale. Further, in the following consideration, the current ILH is neglected by the boost converter. This is only of minor importance for the consideration of the vibration processes when switching through the phase gating dimmer.
Figur 5 zeigt im obersten Diagramm den Verlauf der Versorgungsspannung UIN und der Spannung UC über der kapazitiven Eingangslast. Abweichend von den Figuren 2, 3, 9 und 11 ist die Spannung UC nicht als lineare Funktion schematisch dargestellt, sondern etwas realistischer gezeichnet.FIG. 5 shows in the uppermost diagram the profile of the supply voltage UIN and the voltage UC across the capacitive input load. Notwithstanding Figures 2, 3, 9 and 11, the voltage UC is not shown schematically as a linear function, but drawn somewhat more realistic.
Die Spannung UR1 über R1 ist proportional zu dem die Eingangskapazität C ladenden Strom. R1 und C2 sind so dimensioniert, dass UR1 der ersten Ab- leitung des zeitlichen Verlaufes von UC entspricht. Bei der zweiten differenzierenden Serienschaltung aus R2 und C3 sind diese so dimensioniert, dass am Widerstand R2 eine Spannung abfällt, welche der zweiten Ableitung des zeitlichen Verlaufes der Spannung UC entspricht.The voltage UR1 across R1 is proportional to the current loading the input capacitance C. R1 and C2 are dimensioned such that UR1 corresponds to the first derivation of the time course of UC. In the second differentiating series circuit of R2 and C3, these are dimensioned so that a voltage drops across the resistor R2, which corresponds to the second derivative of the time course of the voltage UC.
Zur Bestimmung der ersten Ableitung kann man alternativ auch den Wider- stand R1 in Serie zu der Eingangskapazität C schalten und auf den Kondensator C2 verzichten.Alternatively, to determine the first derivative, it is also possible to connect the resistor R1 in series with the input capacitance C and to dispense with the capacitor C2.
Die über R2 abfallende Spannung, welche der zweiten Ableitung der an der Eingangskapazität C anliegenden Spannung UC entspricht, wird zwei Schmitt-Triggern zugeführt. Ein erster Schmitt-Trigger ST1 erzeugt eine Aus- gangsspannung USTA1 , welche im Intervall T1 einen positiven Wert annimmt. Während des Intervalls T1 ist die zweite Ableitung von UC positiv. Außerhalb von T1 entspricht USTA1 dem Bezugspotential. Ein zweiter Schmitt-Trigger ST2 erzeugt eine Ausgangsspannung USTA2, welche im Intervall T2 einen positiven Wert annimmt. Während des Intervalls T2 ist die zweite Ableitung von UC negativ. Außerhalb von T2 entspricht USTA2 dem Bezugspotential.The voltage drop across R2, which corresponds to the second derivative of the voltage UC applied to the input capacitance C, is supplied to two Schmitt triggers. A first Schmitt trigger ST1 generates an output voltage USTA1, which assumes a positive value in the interval T1. During the interval T1, the second derivative of UC is positive. Outside of T1, USTA1 corresponds to the reference potential. A second Schmitt trigger ST2 generates an output voltage USTA2, which assumes a positive value in the interval T2. During the interval T2 is the second derivative of UC negative. Outside T2, USTA2 is equal to the reference potential.
Der Spannung UC über der Eingangskapazität können hochfrequente Wechselspannungen überlagert sein. Die Differenzierung durch die Serienschal- tung aus dem Kondensator C2 und dem Widerstand R1 koppelt vor allem die hochfrequenten Wechselspannungsanteile aus. Die Spannung UR1 ist für den folgenden Differenzierer dann evtl. nicht mehr sinnvoll auswertbar.The voltage UC across the input capacitance may be superimposed by high-frequency alternating voltages. The differentiation by the series connection of the capacitor C2 and the resistor R1 primarily decouples the high-frequency AC voltage components. The voltage UR1 may then no longer be meaningfully evaluable for the following differentiator.
Figur 6 zeigt eine entsprechend verbesserte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Der Kondensator C3 des zweiten Differenzierers ist nicht mehr direkt an den Verbindungsknoten von R1 und C2 geschaltet, sondern über eine Parallelschaltung aus einer Diode D1 und einem Widerstand R3. Die Diode ist so gepolt, dass ein Strom von C2 nach C3 durch sie fließen kann, jedoch kein Strom von C3 nach C2. Zusätzlich wird ein weiterer Kondensator C4 verwendet, der parallel zu der Serienschaltung aus C3 und R2 liegt. Mit dieser Spitzenwerterfassungsschaltung wird die erste Ableitung der Spannung über der Eingangskapazität UC geglättet. Im Kondensator C4 wird der Spitzenwert der Spannung über R1 über die Diode D1 eingespeichert. Über R3 ist ein langsames Entladen von C4 möglich.FIG. 6 shows a correspondingly improved circuit arrangement according to the invention. The capacitor C3 of the second differentiator is no longer connected directly to the connection node of R1 and C2, but via a parallel connection of a diode D1 and a resistor R3. The diode is poled so that a current from C2 to C3 can flow through it, but no current from C3 to C2. In addition, another capacitor C4 is used, which is parallel to the series circuit of C3 and R2. With this peak detection circuit, the first derivative of the voltage across the input capacitance UC is smoothed. In the capacitor C4, the peak value of the voltage is stored via R1 via the diode D1. R3 allows slow unloading of C4.
Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Vorgabe ei- ner Schätzung der Intervalle T1 und T2.FIG. 7 shows a circuit arrangement according to the invention for specifying an estimation of the intervals T1 and T2.
Zwischen die Gleichspannungsausgänge des Gleichrichters GL ist ein Spannungsteiler aus einem Widerstand R4 und einem Widerstand R5 geschaltet. Über diesem Spannungsteiler R4, R5 fällt eine Hochsetzstellereingangs- spannung UINL ab. Parallel zu dem Spannungsteiler R4, R5 ist eine Serien- Schaltung aus einer Diode DC und der Eingangskapazität C geschaltet. Die Diode DC sperrt, falls über der Eingangskapazität eine Spannung UC anliegt, welche größer ist als die Hochsetzstellereingangsspannung UINL. Der Mittenabgriff des Spannungsteilers ist mit einem Eingang eines Schwellwertelementes ST3 verbunden. Das Schwellwertelement ST3 ist hier ein Schmitt- Trigger und erzeugt ein Ausgangssignal ST3A, welches logisch Eins oder Null sein kann. Die Schaltungsanordnung weist zwei Zeitglieder TIM1 und TIM2 auf, welchen das Ausgangssignal ST3A des Schwellwertelementes ST3 zugeführt ist. Die Zeitglieder TIM1 und TIM2 stellen jeweils ein Aus- gangssignal TIM1 A und TIM2A zur Verfügung, welche ebenfalls logisch Eins oder Null sein können.Between the DC voltage outputs of the rectifier GL, a voltage divider of a resistor R4 and a resistor R5 is connected. Above this voltage divider R4, R5, a boost converter input voltage UINL drops. Parallel to the voltage divider R4, R5, a series circuit of a diode DC and the input capacitance C is connected. The diode DC blocks if there is a voltage UC across the input capacitance which is greater than the boost converter input voltage UINL. The center tap of the voltage divider is connected to an input of a threshold value element ST3. The threshold element ST3 is here a Schmitt Trigger and generates an output signal ST3A, which may be logically one or zero. The circuit arrangement has two timers TIM1 and TIM2, to which the output signal ST3A of the threshold value element ST3 is supplied. The timers TIM1 and TIM2 each provide an output signal TIM1 A and TIM2A, which may also be logically one or zero.
Figur 8 zeigt die relevanten Signalverläufe der Schaltung aus Figur 7 zusammen mit der Versorgungsspannung UIN und der Spannung UC über der Eingangskapazität C im Anschluss an den Phasenanschnitt.Figure 8 shows the relevant waveforms of the circuit of Figure 7 together with the supply voltage UIN and the voltage UC across the input capacitance C following the phase gating.
Im Anschluss an den Phasenanschnitt steigt die Hochsetzstellereingangs- spannung UINL an. Das Schwellwertelement ST3 wird über den Spannungsteiler R4, R5 gesetzt. Das Ausgangssignal ST3A des Schwellwertelementes springt von logisch Null auf logisch Eins. Es setzt damit gleichzeitig die beiden Zeitglieder TIM1 und TIM2. Das Zeitglied TIM1 ist so ausgelegt, dass dessen Ausgangssignal TIM1A spätestens im Anschluss an die Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer wieder auf Null zurückspringt. Das Zeitglied TIM2 ist so ausgelegt, dass dessen Ausgangssignal TIM2A frühestens nach dem vollständigen Abbau der Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität wieder auf logisch Null zurückspringt. Die Zeit, in der das Ausgangssignal TIM1A des Zeitgliedes TIM1 logisch Eins ist, entspricht also dem Zeitintervall Tl Das Ausgabesignal TIM2A des Zeitgliedes TIM2 ist während der Zeitintervalle T1 und T2 logisch Eins. Durch eine UND- Verknüpfung der beiden Ausgabesignale TIM1A und TIM2A lässt sich auch ein Signal erzeugen, welches nur während des Zeitintervalls T2 logisch Eins ist.Following the phase control, the boost converter input voltage UINL increases. The threshold value element ST3 is set via the voltage divider R4, R5. The output signal ST3A of the threshold element jumps from logic zero to logic one. It thus simultaneously sets the two timers TIM1 and TIM2. The timer TIM1 is designed so that its output signal TIM1A jumps back to zero at the latest following the magnetization of the inductance in the phase gating dimmer. The timer TIM2 is designed such that its output signal TIM2A returns to logical zero at the earliest after the complete reduction of the voltage overshoot above the input capacitance. The time in which the output signal TIM1A of the timer TIM1 is logically one, thus corresponds to the time interval T1. The output signal TIM2A of the timer TIM2 is logically one during the time intervals T1 and T2. By ANDing the two output signals TIM1A and TIM2A, it is also possible to generate a signal which is only logic one during the time interval T2.
Die Haltezeiten der Zeitglieder TIM1 , TIM2 werden hier bereits herstellersei- tig vorgegeben. Die beiden Größen, welche wesentlich die Zeitintervalle T1 und T2 bestimmen, sind die Induktivität des Phasenanschnittdimmers und die Eingangskapazität C. Die Eingangskapazität C ist dem Hersteller bekannt und kann von diesem einfach berücksichtigt werden. Die Induktivität des konkret verwendeten Phasenanschnittdimmers kann im Vorfeld nicht berücksichtigt werden; stattdessen wird zur Festlegung der Haltezeiten der Zeitglieder TIM1 , TIM2 ein Mittelwert über die Zeitintervalle T1 , T2 der im Markt verfügbaren Dimmer gebildet.The hold times of the timers TIM1, TIM2 are already specified here by the manufacturer. The two variables which essentially determine the time intervals T1 and T2 are the inductance of the phase gating dimmer and the input capacitance C. The input capacitance C is known to the manufacturer and can easily be taken into account by the latter. The inductance of the The phase-angle dimmer that is actually used can not be considered in advance; instead, an average over the time intervals T1, T2 of the dimmers available on the market is established for determining the holding times of the timers TIM1, TIM2.
Die Differenz zwischen festeingestellten Zeitintervallen T1 und T2 und den tatsächlichen von der Induktivität im Dimmer abhängigen Intervallen ist umso größer, je größer die Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität C im Anschluss an den Phasenanschnitt ist. Werden weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität C er- griffen, so wirken sich die induktivitätsbedingten Abweichungen der tatsächlichen Intervalle gegenüber den vorgegebenen Zeitintervallen T1 und T2 weniger stark auf den Abbau der Spannungsüberhöhung aus als ohne weitere solcher Maßnahmen. Eine dieser weiteren Maßnahmen wird anhand der Figuren 9 ff. erläutert.The difference between permanently set time intervals T1 and T2 and the actual intervals dependent on the inductance in the dimmer is greater the greater the voltage overshoot across the input capacitance C following the phase gating. If further measures are taken to reduce the voltage overshoot across the input capacitance C, then the inductance-related deviations of the actual intervals from the predefined time intervals T1 and T2 have less of an effect on the reduction of the voltage overshoot than without such further measures. One of these further measures will be explained with reference to FIGS. 9 et seq.
Die in den Figuren 4, 6 und 7 beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen können mit dem elektronischen Vorschaltgerät aus der EP 1 465 330 A2 vorteilhaft verwendet werden, indem sie dort parallel zur Eingangskapazität C (C1 in der EP 1 465 330 A2) geschaltet werden. Die Schaltungsanordnungen steuern den Hochsetzsteller so, dass im Intervall T1 der Strom durch LH und damit der die Eingangskapazität entladende Strom minimal ist. Das kann dadurch erreicht werden, dass der Schalter SH dauerhaft sperrt, und zwar durch eine Steuerung des Schalters SH über die Steuereinrichtung des Hochsetzstellers aus der EP 1 465 330 A2 durch das Spannungssignal STA1 aus einer der erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nungen.The circuit arrangements according to the invention described in FIGS. 4, 6 and 7 can advantageously be used with the electronic ballast from EP 1 465 330 A2 by being connected there in parallel to the input capacitance C (C1 in EP 1 465 330 A2). The circuit arrangements control the boost converter so that in the interval T1 the current through LH and thus the current discharging the input capacitance is minimal. This can be achieved by permanently locking the switch SH by controlling the switch SH via the control device of the boost converter of EP 1 465 330 A2 by the voltage signal STA1 from one of the circuit arrangements according to the invention.
Gemäß der Erfindung soll hingegen im Intervall T2 ein zeitweise erhöhter mittlerer Strom ILH durch den Hochsetzsteller fließen. Dazu kann die Betriebsweise des Hochsetzstellers über die Steuereinrichtung aus der EP 1 465 330 A2 variiert werden (in der EP 1 465 330 A2 wird die Steuerschaltung mit BCC bezeichnet). Normalerweise wird der Hochsetzsteller im so genannten diskontinuierlichen Modus betrieben. Der Schalter SH wird immer erst dann eingeschaltet, wenn in der Speicherdrossel des Hochsetzstellers kein Strom mehr fließt, also wenn die Speicherdrossel LH gerade vollständig abmagnetisiert ist. Schalt- Verluste sind in dieser Betriebsweise minimal.In contrast, according to the invention, a temporarily increased average current ILH is to flow through the boost converter in the interval T2. For this purpose, the mode of operation of the boost converter can be varied via the control device from EP 1 465 330 A2 (in EP 1 465 330 A2 the control circuit is designated BCC). Normally, the boost converter is operated in the so-called discontinuous mode. The switch SH is always turned on only when in the storage inductor of the boost converter no current flows, so if the storage inductor LH is just completely demagnetized. Switching losses are minimal in this mode of operation.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Hochsetzsteller im Intervall T2 aber im kontinuierlichen Modus betrieben. Der kontinuierliche Modus zeichnet sich dadurch aus, dass mit dem Einschalten des Schaltelementes SH nicht so lange gewartet wird wie im diskontinuierlichen Fall, es fließt also kontinuier- lieh ein Strom durch die Speicherdrossel LH. Dadurch wird der mittlere Stromfluss durch den Hochsetzsteller im Intervall T2 im Vergleich zum Normalbetrieb vergrößert. Da das Intervall T2 im Vergleich zu einer ganzen Netzhalbwelle kurz ist, mittein sich die verursachten erhöhten Schaltverluste zu einer kleinen, vemachlässigbaren Größe.In this embodiment, however, the boost converter is operated in the interval T2 in the continuous mode. The continuous mode is characterized by the fact that it is not as long to wait for the switching element SH to be switched on as in the discontinuous case, so that a current flows continuously through the storage inductor LH. As a result, the average current flow is increased by the boost converter in the interval T2 compared to normal operation. Since the interval T2 is short compared to a whole half-wave, the increased switching losses caused are small, negligible.
Es hat sich herausgestellt, dass ein fließender Übergang vom kontinuierlichen Modus zum diskontinuierlichen Modus von Vorteil ist, weil dadurch weitere Stromschwingungen reduziert werden können. „Fließender Übergang" bedeutet hier, dass die Einschaltstromschwellen abnehmen. Sobald die Ausschaltzeit des Schalters SH so lang ist, dass sich die Speicherdrossel LH komplett abmagnetisieren kann, liegt ein diskontinuierlicher Modus vor. Die Ausschaltzeit kann, wenn gewünscht, weiter verlängert werden.It has been found that a smooth transition from the continuous mode to the discontinuous mode is advantageous because it allows further current oscillations to be reduced. In this case, "flowing transition" means that the inrush current thresholds decrease.As soon as the switch-off time of the switch SH is so long that the storage inductor LH can completely demagnetise itself, a discontinuous mode is present.The switch-off time can be extended further if desired.
Anhand der Figuren 9 ff wird im Folgenden erläutert, wie zusätzlich durch geeignetes Laden oder Entladen der Eingangskapazität während des Phasenanschnittes Blindstromschwingungen reduziert werden können.In the following, it will be explained with reference to FIGS. 9 et seq. How in addition reactive current oscillations can be reduced by suitably charging or discharging the input capacitance during phase control.
Dadurch, dass die drei bisherigen Ausführungsbeispiele (nach den Figuren 4, 6 und 7) beide Möglichkeiten der Blindstromreduzierung verwirklichen sollen, dämpfen sie Blindstromschwingungen effektiver. Wird die Eingangskapazität C vor dem Ende des Phasenanschnittes auf einen geeigneten Wert geladen oder entladen, so ist die Spannungsüberhöhung UC nach dem Ende der Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer nicht so ausgeprägt wie ohne diesen Eingriff. Es fließt weniger Blindstrom und die verbleibende Blindstromschwingung kann durch eine passende Steuerung des Stromes durch den Hochsetzsteller einfacher gedämpft werden.The fact that the three previous embodiments (according to Figures 4, 6 and 7) to realize both ways of reactive power reduction, dampen reactive current vibrations more effectively. If the input capacitance C is charged or discharged to a suitable value before the end of the phase control, the voltage overshoot UC after the end of the Magnetization of the inductance in the dimmer is not as pronounced as without this intervention. Less reactive current flows and the remaining reactive current oscillation can be damped more easily by suitable control of the current through the boost converter.
In Figur 9 ist wie in Figur 2 zunächst zum Verständnis für ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung UC über der Eingangskapazität C der Last und der Netzstrom IN gezeigt. Zusätzlich wird die Spannung UL über der Induktivität im Pha- senanschnittdimmer gezeigt. Es sind die drei gleichen Intervalle "Pl1 T2, T3 wie in Figur 2 eingetragen.In FIG. 9, as in FIG. 2, the supply voltage UIN, the voltage UC across the input capacitance C of the load and the line current IN are first shown in order to understand an electronic ballast according to the prior art. In addition, the voltage UL is shown above the inductance in the phase gating dimmer. The three equal intervals " Pl 1 T2, T3 are entered as in FIG.
Der Verlauf der Versorgungsspannung UIN, der Spannung über der Eingangskapazität UC und der Verlauf des Netzstromes in den Zeitintervallen T1 , T2 und T3 ist identisch mit dem aus Figur 2.The course of the supply voltage UIN, the voltage across the input capacitance UC and the course of the mains current in the time intervals T1, T2 and T3 is identical to that of FIG.
Der Anstieg des Stromes IN wird durch die Induktivität des Dimmers, die Größe der Eingangskapazität C sowie die Spannung UL über der Induktivität des Dimmers bestimmt. Man beachte die großen Spitzenwerte der Spannung UL über der Induktivität im Phasenanschnittdimmer, der Spannung UC über der Eingangskapazität C und des Netzstromes IN.The increase of the current IN is determined by the inductance of the dimmer, the size of the input capacitance C and the voltage UL across the inductance of the dimmer. Note the large peak values of the voltage UL across the inductance in the phase gating dimmer, the voltage UC across the input capacitance C and the mains current IN.
Der dem zur Versorgung der Entladungslampe erforderlichen Wirkstrom ü- berlagerte Blindstrom soll verkleinert werden. Dieser Blindstrom wird durch die Auf- und Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer verursacht, lädt die Eingangskapazität C während der Abmagnetisierung T2 der Induktivität im Dimmer weiter auf und verursacht die Spannungsüberschwingung.The reactive current superimposed on the active current required to supply the discharge lamp is to be reduced in size. This reactive current is caused by the magnetization and demagnetization of the inductance in the phase gating dimmer, continues to charge the input capacitance C during demagnetization T2 of the inductance in the dimmer and causes the voltage overshoot.
Der Strom IN durch die Induktivität des Phasenanschnittdimmers nimmt so lange zu, wie die Spannung UC über der Eingangskapazität C kleiner als die Versorgungsspannung UIN ist. Das ist im Intervall T1 der Fall. Vor dem Ende des Phasenanschnittes (vor dem Intervall T1) wird die Eingangskapazität C so geladen, dass die Spannung UC über der Eingangskapazität C dem Mo- mentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes nahe kommt. Da näherungsweise UL = UIN - UC gilt, ist die Spannung UL über der Induktivität des Dimmers dann zu Beginn der Aufmagnetisierung dieser Induktivität kleiner als ohne geeignetes Laden der Eingangskapazität C. Damit ist auch der Spitzenstrom IN durch die Induktivität des Dimmers vergleichsweise klein. Idealerweise entspricht die Spannung UC am Ende des Phasenanschnittes dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN. Weiter unten wird gezeigt, dass es jedoch technisch sinnvoll ist, den Wert der Spannung UC etwas kleiner zu wählen.The current IN through the inductance of the phase gating dimmer increases as long as the voltage UC across the input capacitance C is lower than the supply voltage UIN. This is the case in interval T1. Before the end of the phase gating (before the interval T1), the input capacitance C is charged so that the voltage UC across the input capacitance C is the same as the input capacitance C mentanwert the supply voltage UIN at the end of the phase gating comes close. Since approximately UL = UIN-UC, the voltage UL across the inductance of the dimmer is then smaller at the beginning of the magnetization of this inductance than without proper charging of the input capacitance C. Thus, the peak current IN through the inductance of the dimmer is comparatively small. Ideally, the voltage UC at the end of the phase control corresponds to the instantaneous value of the supply voltage UIN. It will be shown below that it is technically sensible to choose the value of the voltage UC slightly smaller.
In diesem Beispiel wird in jeder Netzhalbwelle des Versorgungsnetzes am Ende des Phasenanschnittes der Momentanwert der Versorgungsspannung gespeichert; bei einem geschickt gewählten Zeitpunkt der Speicherung entspricht der gespeicherte Wert dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes. Eine entsprechende Schaltung wird weiter unten beschrieben. Die Eingangskapazität C wird dann vor dem erneuten Einschalten des Schaltelementes im Dimmer in der nächsten Halbwelle auf knapp (90%) des in der vorhergehenden Netzhalbwelle gespeicherten Wertes geladen. Es kann dabei davon ausgegangen werden, dass die durch eine Bedienperson vorgenommene Veränderung des Phasenanschnit- tes des Dimmers in aufeinander folgenden Netzhalbwellen nur gering ist.In this example, the instantaneous value of the supply voltage is stored in each line half-wave of the supply network at the end of the phase control; at a cleverly selected time of storage, the stored value corresponds to the instantaneous value of the supply voltage UIN at the end of the phase control. A corresponding circuit will be described below. The input capacitance C is then charged to just before switching on the switching element in the dimmer in the next half-wave (90%) of the value stored in the previous half-wave. It can be assumed that the change made by an operator to the phase section of the dimmer in successive mains half-waves is only slight.
Die Figuren 10 a und b zeigen schematisch den Verlauf der Spannung UC bei der Ent- bzw. Aufladung der Eingangskapazität C auf den in der vorherigen Halbwelle gespeicherten Wert der Versorgungsspannung UIN. Zu den Zeiten, zu denen die Eingangskapazität C auf- oder entladen wird, ist der Verlauf der Spannung UC gestrichelt dargestellt, weil der genaue Verlauf nicht relevant ist.FIGS. 10 a and b schematically show the profile of the voltage UC during the discharging or charging of the input capacitance C to the value of the supply voltage UIN stored in the previous half-cycle. At the times when the input capacitance C is charged or discharged, the course of the voltage UC is shown in dashed lines, because the exact course is not relevant.
Figur 10 a zeigt den Fall, dass die Eingangskapazität C vor dem Ende des Phasenanschnittes entladen wird, und Figur 10 b zeigt den Fall, dass die Eingangskapazität C vor dem Einschalten des Schaltelementes im Dimmer geladen wird. Wie dies geschieht, wird weiter unten beschrieben. In beiden Fällen wird dadurch die Differenz zwischen der Spannung UC über der Eingangkapazität C und dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes klein oder verschwindet fast.FIG. 10 a shows the case that the input capacitance C is discharged before the end of the phase gating, and FIG. 10 b shows the case that the input capacitance C is charged in the dimmer before the switching element is switched on. How this happens is described below. In both cases, the difference between the voltage UC across the input capacitance C and the instantaneous value of the supply voltage UIN at the end of the phase control becomes small or almost disappears.
Beim erstmaligen Anlegen der Versorgungsspannung UIN über den Dimmer und an die Last kann eine Blindstromschwingung eventuell nicht vermieden werden, weil noch kein Prognosewert für die Versorgungsspannung UIN gespeichert wurde. Nach wenigen Netzhalbwellen hat das System jedoch einen stabilen Zustand erreicht.When applying the supply voltage UIN for the first time via the dimmer and to the load, a reactive current oscillation may not be avoided, because no prognosis value for the supply voltage UIN has yet been stored. However, after a few half-waves, the system has reached a stable state.
Figur 11 zeigt für die weiteren Merkmale der Ausführungsbeispiele die Ver- sorgungsspannung UIN, die Spannung UC über der Eingangskapazität C, den Netzstrom IN und die Spannung UL über der Induktivität des Dimmers. Zum leichteren Verständnis wird nur der Effekt einer geeigneten Ladung der Eingangskapazität vor dem Ende des Phasenanschnittes dargestellt. Maßnahmen, die anhand der Figuren 3 bis 8 erläutert wurden, fehlen.FIG. 11 shows, for the further features of the exemplary embodiments, the supply voltage UIN, the voltage UC across the input capacitance C, the line current IN and the voltage UL across the inductance of the dimmer. For ease of understanding, only the effect of a suitable charge on the input capacitance before the end of the phase gating will be shown. Measures that have been explained with reference to FIGS. 3 to 8 are missing.
Die Spannung UC über der Eingangskapazität C ist am Ende des Phasenanschnittes etwas kleiner als der Wert der Momentanspannung UIN. Es ist zu erkennen, dass der Spitzenwert des Netzstromes IN im Vergleich zu Figur 9 deutlich kleiner ist. Der Spitzenwert der über der Induktivität anliegenden Spannung UL ist ebenfalls kleiner. Der Netzstrom IN schwingt deutlich weni- ger. Nach der Abmagnetisierung T3 der Induktivität im Dimmer fließt, anders als in Figur 9 gezeigt, ein kontinuierlicher Netzstrom IN. Die Erfindung verhindert, dass der Haltestrom des Schaltelementes im Dimmer unterschritten wird.The voltage UC across the input capacitance C is slightly smaller than the value of the instantaneous voltage UIN at the end of the phase control. It can be seen that the peak value of the mains current IN is significantly smaller in comparison with FIG. 9. The peak value of the voltage UL applied across the inductance is also smaller. The mains current IN oscillates much less. After the demagnetization T3 of the inductance in the dimmer, unlike in FIG. 9, a continuous mains current IN flows. The invention prevents the holding current of the switching element is fallen below in the dimmer.
Figur 11 zeigt, dass die Spannung UC über der Eingangskapazität C auf ei- nen Wert am Ende des Phasenanschnittes eingestellt wird, welcher unter dem entsprechenden Momentanwert der Versorgungsspannung liegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Anschluss an den Phasenanschnitt in jedem Fall ein Strom zur Last fließen kann. Eine weitere Möglichkeit, den Momentanwert der Versorgungsspannung UIN zu prognostizieren, funktioniert wie folgt: Es kann in Serie zum Eingang des elektronischen Vorschaltgerätes ein weiteres Bauteil, beispielsweise eine Induktivität, geschaltet sein. An diesem Bauteil fällt am Ende des Phasenan- Schnittes näherungsweise eine zur Differenz UIN - UC proportionale Spannung ab, welche dann in einer folgenden Netzhalbwelle zur Einstellung der Spannung über der Eingangskapazität verwendet werden kann.FIG. 11 shows that the voltage UC across the input capacitance C is set to a value at the end of the phase gating which is below the corresponding instantaneous value of the supply voltage. This can ensure that in each case a current can flow to the load following the phase control. Another way of predicting the instantaneous value of the supply voltage UIN is as follows: A further component, for example an inductance, can be connected in series with the input of the electronic ballast. At the end of the phase-cut, approximately one voltage proportional to the difference UIN-UC drops across this component, which voltage can then be used in a subsequent half-wave to adjust the voltage across the input capacitance.
Figur 12 a beschreibt eine kostengünstigere und zuverlässigere Schaltungsanordnung. Die Schaltung hat die Aufgabe, den Momentanwert der Span- nung UIN im Anschluss an den Phasenanschnitt zu messen. Weiter soll die Schaltung eine Steuereinrichtung des Hochsetzstellers zur beschriebenen Ladung der Eingangskapazität C ansprechen.FIG. 12 a describes a less expensive and more reliable circuit arrangement. The task of the circuit is to measure the instantaneous value of the voltage UIN following the phase control. Furthermore, the circuit should address a control device of the boost converter for the described charge of the input capacitance C.
Die Schaltung enthält ein Monoflop MF, das über einen Signaleingang A am Ende des Phasenanschnittes aktiviert wird. An einem Ausgang B des Mono- flops MF liegt einer von zwei Zuständen an. Einer davon signalisiert, dass das Monoflop MF gesetzt ist, den anderen Zustand nimmt das Monoflop MF in der übrigen Zeit ein.The circuit includes a monoflop MF, which is activated via a signal input A at the end of the phase control. At one output B of the monoflop MF is one of two states. One of them indicates that the monoflop MF is set, the other state takes the monoflop MF in the remaining time.
Der Ausgang B des Monoflops MF wird auf einen Steuereingang C eines Schalters AS gelegt. Der Schalter AS leitet ein Signal AVIN von einem zwei- ten Eingang D an einen Ausgang E weiter, wenn er über den Steuereingang C aktiviert ist. Das Signal AVIN ist proportional zur Versorgungsspannung UIN der Last.The output B of the monoflop MF is applied to a control input C of a switch AS. The switch AS forwards a signal AVIN from a second input D to an output E when it is activated via the control input C. The signal AVIN is proportional to the supply voltage UIN of the load.
An den Ausgang E des Schalters AS wird eine Diode DS und ein Kondensator CS zur Spitzenwerterfassung angeschlossen. Parallel zu dem Kondensa- tor CS ist dabei ein Widerstand RS geschaltet. Über diesen kann der Kondensator CS langsam entladen werden, wenn die zu erfassenden Spitzenwerte kleiner werden. Die Entladungszeit des Kondensators CS ist nur durch die Größe der Kapazität CS und den Widerstandes RS bestimmt. Die ent- sprechende Zeitskala wird so gewählt, dass sie der Änderung des Phasenanschnittes durch eine Bedienperson angemessen ist.To the output E of the switch AS, a diode DS and a capacitor CS for peak detection is connected. In this case, a resistor RS is connected in parallel with the capacitor CS. Over this, the capacitor CS can be discharged slowly as the peak values to be detected become smaller. The discharge time of the capacitor CS is determined only by the size of the capacitance CS and the resistance RS. The speaking time scale is chosen so that it is appropriate to the change of the phase control by an operator.
Die Spannung über dem Kondensator CS wird einem ersten Eingang COM2 eines Vergleichers COM zugeführt. Einem zweiten Eingang COM1 des Vergleichers COM wird ein zur Spannung UC proportionales Signal AVC zugeführt. Ein Ausgang COMA des Vergleichers nimmt einen ersten Zustand an, wenn das Signal AVC am Eingang COM1 kleiner als das Signal an dem anderen Eingang COM2 ist, und einen zweiten Zustand, wenn das Signal an COM1 größer als das Signal an COM2 ist. Der Ausgang COMA des Verglei- chers COM kann beispielsweise mit der Steuereinrichtung des Hochsetzstel- lers verbunden sein.The voltage across the capacitor CS is supplied to a first input COM2 of a comparator COM. A second input COM1 of the comparator COM is supplied with a signal UC proportional to the voltage UC. An output COMA of the comparator assumes a first state when the signal AVC at input COM1 is smaller than the signal at the other input COM2, and a second state when the signal at COM1 is greater than the signal at COM2. The output COMA of the comparator COM can be connected, for example, to the control device of the boost converter.
Die Länge des Zeitfensters, in dem das Monoflop MF gesetzt ist, ist im Vergleich zur Periodendauer der Versorgungsspannung UIN sehr klein. Längstenfalls bleibt das Monoflop MF während der gesamten Aufmagnetisie- rung der Induktivität im Dimmer (im Intervall T1) gesetzt.The length of the time window in which the monoflop MF is set is very small compared to the period of the supply voltage UIN. In the longest case, the monoflop MF remains set during the entire magnetization of the inductance in the dimmer (in the interval T1).
Figur 12 b zeigt, wie die Länge des Zeitfensters auch mittels Differenzierers aus einem Kondensator CT und einem Widerstand RT vorgegeben werden kann. Wie das Monoflop MF wird der Differenzierer über einen Signaleingang am Ende des Phasenanschnittes angesprochen. Damit tritt über dem Wider- stand RT ein Spannungssprung auf, welcher exponentiell abklingt. Die Zeitkonstante des exponentiellen Abklingens ist das Produkt aus der Größe des Widerstandes RT und der Kapazität CT. Die Dauer des Abklingens des Spannungssprunges über dem Widerstand RT gibt das Zeitfenster vor, in dem der Schalter AS eingeschaltet bleibt.FIG. 12b shows how the length of the time window can also be predetermined by means of a differentiator comprising a capacitor CT and a resistor RT. Like the monoflop MF, the differentiator is addressed via a signal input at the end of the phase control. Thus, a voltage jump occurs across the resistor RT, which decays exponentially. The time constant of the exponential decay is the product of the size of the resistor RT and the capacitance CT. The duration of the decay of the voltage jump across the resistor RT specifies the time window in which the switch AS remains switched on.
Alternativ kann ein geeignetes Zeitfenster für die Speicherung eines Prognosewertes für die Versorgungsspannung UIN auch mittels einer der Schaltungsanordnungen aus den Figuren 4, 6 oder 7 erfasst bzw. vorgegeben werden. Der erfasste Zeitpunkt des Endes der Aufmagnetisierung T1 der Induktivität im Dimmer entspricht dem Nulldurchgang der zweiten Ableitung der Spannung UC über der Eingangskapazität C. Dieser Zeitpunkt wird durch die Signalsausgänge STA1 und STA2 bzw. TIM1A und TIM2A angezeigt und bestimmt das Ende des Zeitfensters. In diesem Fall kann man als Prognosewert die Spitzenspannung UC über der Eingangskapazität C bis zu diesem Zeitpunkt speichern. Da seit dem Ende des Phasenanschnittes sich die Versorgungsspannung kaum geändert hat, entspricht zu diesem Zeitpunkt die Spannung UC über der Eingangskapazität C dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes.Alternatively, a suitable time window for the storage of a prognosis value for the supply voltage UIN can also be detected or predetermined by means of one of the circuit arrangements from FIGS. 4, 6 or 7. The detected time of the end of the magnetization T1 of the inductance in the dimmer corresponds to the zero crossing of the second derivative of Voltage UC over the input capacitance C. This time is indicated by the signal outputs STA1 and STA2 or TIM1A and TIM2A and determines the end of the time window. In this case, as a forecast value, the peak voltage UC over the input capacitance C can be stored up to this time. Since the supply voltage has scarcely changed since the end of the phase control, the voltage UC across the input capacitance C corresponds at this time to the instantaneous value of the supply voltage UIN at the end of the phase control.
Die Schaltungsanordnungen aus den Figuren 12 a und 12 b lassen sich, wie die Schaltungen aus den Figuren 4, 6 und 7, gut in den in der EP 1 465 330 A2 beschriebenen Hochsetzsteller einbauen. Dieser verfügt über eine Steuerschaltung BCC, welche unter anderem von der Schaltungsanordnung aus Figur 12 a und b angesteuert werden kann. Weiter können für diesen Hochsetzsteller Maßnahmen zum Laden oder Entladen der Eingangskapazität C konkret beschrieben werden.The circuit arrangements from FIGS. 12 a and 12 b, like the circuits from FIGS. 4, 6 and 7, can be well installed in the step-up converter described in EP 1 465 330 A2. This has a control circuit BCC, which can be controlled among other things by the circuit arrangement of Figure 12 a and b. Further measures for charging or discharging the input capacitance C can be concretely described for this boost converter.
Der Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelementes im Dimmer kann in dem Hochsetzsteller aus der EP 1 465 330 A2 durch den beginnenden Stromfluss durch beispielsweise die Speicherdrossel LH (L1 in der EP 1 465 330 A2) des Hochsetzstellers erfasst werden. Dieser beginnende Stromfluss triggert über den Eingang A das Monoflop MF. Das Monoflop MF schaltet am Ende des Phasenanschnittes bis zum Ende eines vorgebbaren Zeitintervalls (das Zeitfenster) über den Eingang C den Schalter AS ein. Während der Schalter AS eingeschaltet ist, erfasst die Kapazität CS über die Diode DS die am Eingang AVIN anliegende Spitzenspannung.The time of switching on of the switching element in the dimmer can be detected in the boost converter from EP 1 465 330 A2 by the incipient current flow through, for example, the storage inductor LH (L1 in EP 1 465 330 A2) of the boost converter. This incipient current flow triggers the monoflop MF via the input A. The monoflop MF switches on at the end of the phase control to the end of a predetermined time interval (the time window) via the input C, the switch AS. While the switch AS is turned on, the capacitance CS via the diode DS detects the voltage applied to the input AVIN peak voltage.
Mit dem Signal COMA kann der Hochsetzsteller aus der EP 1 465 330 A2 so lange aktiviert werden, wie die Spannung UC über der Eingangskapazität C größer als der gespeicherte Wert ist. Dadurch wird die Eingangskapazität C auf einen Wert entladen, der geringfügig unter dem Wert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes liegt. Konkret wird dazu die Signalleitung COMA mit einem Element der Steuerschaltung BCC des Hoch- setzstellers verknüpft. In der EP 1 465 330 A2 in deren Figur 5 a ist ein Flip- Flop FF2 beschrieben, welches mittels des Ausgangs COMA des Vergleichers COM gesetzt werden kann, so dass der Hochsetzsteller aktiviert wird.With the signal COMA, the boost converter from EP 1 465 330 A2 can be activated as long as the voltage UC across the input capacitance C is greater than the stored value. Characterized the input capacitance C is discharged to a value which is slightly below the value of the supply voltage UIN at the end of the phase control. Specifically, the signal line COMA with an element of the control circuit BCC of the high linked. In EP 1 465 330 A2 in its figure 5a is a flip-flop FF2 described, which can be set by means of the output COMA of the comparator COM, so that the boost converter is activated.
Alternativ kann die Eingangskapazität C auch durch ein parallel geschaltetes Schaltelement, beispielsweise eine Serienschaltung aus einem Transistor und einem Widerstand, entladen werden. Dieses wird über die Signalleitung COMA so angesteuert, dass es einschaltet und die Eingangskapazität C entlädt.Alternatively, the input capacitance C can also be discharged by a switching element connected in parallel, for example a series connection of a transistor and a resistor. This is controlled via the signal line COMA so that it turns on and the input capacitance C discharges.
Figur 13 zeigt eine Variation der Hochsetzstellerschaltung aus Figur 1 ; es ist ein zusätzlicher Widerstand RH parallel zu der Diode DH geschaltet.Figure 13 shows a variation of the boost converter circuit of Figure 1; There is an additional resistor RH connected in parallel to the diode DH.
Ist nämlich ein Aufladen der Eingangskapazität C gewünscht, wie in Figur 10 b gezeigt, kann die Diode DH mit einem Widerstand RH überbrückt werden. Dadurch kann die Eingangskapazität C vor dem Ende des Phasenanschnittes über den Zwischenkreiskondensator geladen werden. Um die Eingangs- kapazität auf den in der Speichervorrichtung gespeicherten Wert zu laden, ist eine Steuerung erforderlich. Will man eine solche nicht eigens hinzufügen, so kann zunächst die Eingangskapazität C von dem Zwischenkreiskondensator so stark aufgeladen werden, dass die Spannung UC über der Eingangskapazität C zu hoch ist. Daraufhin kann der Hochsetzsteller aktiviert werden, um die Eingangskapazität C auf den gewünschten Wert zu entladen.Namely, if a charging of the input capacitance C is desired, as shown in Figure 10 b, the diode DH can be bridged with a resistor RH. As a result, the input capacitance C can be charged via the intermediate circuit capacitor before the end of the phase control. To load the input capacitance to the value stored in the memory device, control is required. If you do not want to add such a special, so the input capacitance C can be charged by the DC link capacitor so strong that the voltage UC on the input capacitance C is too high. Thereafter, the boost converter can be activated to discharge the input capacitance C to the desired value.
Es gibt Bauformen von Hochsetzstellern, die mehrere zwischen das Versorgungspotential des Zwischenkreiskondensators CH und das Versorgungspotential der Eingangskapazität C geschaltete Dioden aufweisen; hier können eine oder mehrere Dioden überbrückt werden. There are types of boost converters which have a plurality of diodes connected between the supply potential of the intermediate circuit capacitor CH and the supply potential of the input capacitance C; here one or more diodes can be bridged.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektronisches Vorschaltgerät mit einem ein Schaltelement (SH) und eine Eingangskapazität (C) aufweisenden Hochsetzsteller (LH, SH, DH, CH) zum Betrieb an einem eine zur Versorgung seriell wirkende Induktivität aufweisenden Phasenanschnittdimmer, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Netzhalbwelle die Betriebsparameter des Hoch- setzstellers (LH, SH, DH, CH) während der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität im Phasenanschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts, so eingestellt werden, dass, verglichen mit dem Betrieb des Hochsetzstellers (LH, SH, DH, CH) nach der Abmagnetisie- rung (T2) der Induktivität, ein zeitweise erhöhter Strom (ILH) durch den1. Electronic ballast with a switching element (SH) and an input capacitance (C) having boost converter (LH, SH, DH, CH) for operation on a supply to serially acting inductance having phase gating dimmer, characterized in that within a half-wave operating parameters of the step-up converter (LH, SH, DH, CH) during the demagnetization (T2) of the inductance in the phase gating dimmer, temporally after the conclusion of the phase gating, are set so that, compared with the operation of the boost converter (LH, SH, DH, CH) after the demagnetization (T2) of the inductance, a temporarily increased current (ILH) through the
Hochsetzsteller fließt.Boost converter flows.
2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 , bei dem der Hochsetzsteller (LH, SH, DH, CH) verschiedene sich in ihren Einschaltstromschwellen des Schaltelementes (SH) unterscheidende Betriebsmodi aufweist und während der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts, in einem Betriebsmodus mit zeitweise erhöhten Einschaltstromschwellen des Schaltelementes (SH) arbeitet, so dass ein zeitweise erhöhter Strom (ILH) durch den Hochsetzsteller fließt.2. Electronic ballast according to claim 1, wherein the boost converter (LH, SH, DH, CH) has different in their Einschaltstromschwellen the switching element (SH) different operating modes and during the demagnetization (T2) of the inductance, temporally after the completion of the phase angle operates in an operating mode with temporarily increased inrush current thresholds of the switching element (SH), so that a temporarily increased current (ILH) flows through the boost converter.
3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2, bei dem der Hochsetzsteller (LH, SH, DH, CH) einen kontinuierlichen und einen diskontinuierlichen Betriebsmodus aufweist und während der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität, zeitlich nach Abschluss des Phasenanschnittes, im kontinuierlichen Betriebsmodus zur zeitweisen Erhöhung des Stromes (ILH) durch den Hochsetzsteller (LH, SH, DH, CH) arbeitet, nach der3. Electronic ballast according to claim 2, wherein the boost converter (LH, SH, DH, CH) has a continuous and a discontinuous mode of operation and during the demagnetization (T2) of the inductance, temporally after completion of the phase control, in the continuous mode of operation for temporary increase of the current (ILH) through the boost converter (LH, SH, DH, CH) works, according to the
Abmagnetisierung (T2) für den Rest der Netzhalbwelle dann aber im diskontinuierlichen Modus arbeitet. Abmagnetization (T2) for the rest of the network half-wave but then works in discontinuous mode.
4. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität die Abschaltstromschwelle des Schaltelementes (SH) des Hochsetzstellers (LH1 SH, DH1 CH) erhöht wird.4. Electronic ballast according to one of the preceding claims, wherein during Abmagnetisierung (T2) of the inductance, the Abschaltstromschwelle the switching element (SH) of the boost converter (LH 1 SH, DH 1 CH) is increased.
5. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während der Aufmagnetisierung (T1) der Induktivität im Phasenanschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts, die Abschaltstromschwelle sehr gering im Vergleich zum Betrieb des Hochsetzstellers (LH, SH1 DH, CH) nach Abschluss der Auf- magnetisierung (T1) eingestellt ist.5. Electronic ballast according to one of the preceding claims, wherein during the magnetization (T1) of the inductance in the phase gating dimmer, time after completion of the phase angle, the Abschaltstromschwelle very small compared to the operation of the boost converter (LH, SH 1 DH, CH) after Completion of the magnetization (T1) is set.
6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während der Aufmagnetisierung (T1) der Induktivität im Phasenanschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnittes, die Abschaltstromschwelle zunächst sehr gering ist im Ver- gleich zum Betrieb des Hochsetzstellers (LH, SH, DH1 CH) nach Abschluss der Aufmagnetisierung (T1) und während der Dauer der Aufmagnetisierung (T1) anwächst.6. Electronic ballast according to one of the preceding claims, wherein during the magnetization (T1) of the inductance in the phase gating, temporally after completion of the phase gating, the Abschaltstromschwelle is initially very low compared to the operation of the boost converter (LH, SH, DH 1 CH) after completion of the magnetization (T1) and during the duration of the magnetization (T1) increases.
7. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem während der Aufmagnetisierung (T1) der Induktivität im Phasen- anschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts, das Schaltelement (SH) im Hochsetzsteller (LH, SH, DH, CH) sperrt.7. Electronic ballast according to one of Claims 1 to 4, in which, during the magnetization (T1) of the inductance in the phase-angle dimmer, after the completion of the phase angle, the switching element (SH) in the step-up converter (LH, SH, DH, CH) locks.
8. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches eine Serienschaltung aus zwei Differenzierern (C2, R1 , C3, R2) zur Detektion des Abschlusses des Phasenanschnittes, des Beginns der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität im Phasenanschnittdimmer und des Abschlusses der Abmagnetisierung (T2) derselben Induktivität aufweist. 8. Electronic ballast according to one of the preceding claims, which comprises a series connection of two differentiators (C2, R1, C3, R2) for detecting the completion of the phase gating, the beginning of Abmagnetisierung (T2) of the inductance in the phase gating dimmer and the completion of Abmagnetisierung (T2 ) has the same inductance.
9. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 8 mit einer einem der Differenzierer vorgeschalteten Spitzenwerterfassungsschaltung (D1 , R3, C4).9. Electronic ballast according to claim 8 with a different one of the differentiator upstream peak detection circuit (D1, R3, C4).
10. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Schwellwertelement (ST3) zur Detektion des Abschlusses des10. Electronic ballast according to one of claims 1 to 7 with a threshold value element (ST3) for detecting the completion of the
Phasenanschnittes und einem ersten Zeitglied (Tl M 1 , TIM2), welches ein erstes festes Zeitintervall vorgibt und durch das Schweilwertelement (ST3) im Anschluss an den Phasenanschnitt gesetzt wird.Phase gating and a first timer (Tl M 1, TIM2), which specifies a first fixed time interval and is set by the floating value element (ST3) following the phase gating.
11. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 10 mit einem zweiten Zeitglied (TIM1 , TIM2), welches ein zweites festes Zeitintervall vorgibt und durch das Schwellwertelement (ST3) im Anschluss an den Phasenanschnitt gesetzt wird.11. Electronic ballast according to claim 10 with a second timer (TIM1, TIM2), which specifies a second fixed time interval and is set by the threshold value element (ST3) following the phase gating.
12. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 11 , bei dem das erste Zeitintervall höchstens bis zum Ende der Aufmagnetisierung (T1) an- dauert und bei dem das zweite Zeitintervall mindestens bis zum vollständigen Abbau der Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität (C) andauert.12. Electronic ballast according to claim 11, in which the first time interval lasts at most until the end of the magnetization (T1) and in which the second time interval lasts at least until complete reduction of the voltage overshoot across the input capacitance (C).
13. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2, auch in Verbindung mit einem weiteren der vorhergehenden Ansprüche, das dazu ausgelegt ist, den Übergang von einem Betriebsmodus mit hoher Einschaltstromschwelle während der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität im Pha- senanschnittdimmer zu einem nach der Abmagnetisierung (T2) der Induktivität verwendeten Betriebsmodus mit einer geringeren Einschaltstromschwelle kontinuierlich zu vollziehen.13. Electronic ballast according to claim 2, also in conjunction with another of the preceding claims, which is adapted to the transition from a high inrush current operating mode during the demagnetization (T2) of the inductance in the phase gating dimmer to after the demagnetization (T2 ) continuously use the inductance operating mode with a lower inrush current threshold.
14. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung (DS, CS) zur Speicherung eines Prognosewertes der Versorgungsspannung (UIN) des elektronischen Vorschalt- gerätes, in welcher während einer Netzhalbwelle der Versorgung der Prognosewert der Versorgungsspannung (UIN) nach Abschluss des Phasenanschnittes gespeichert wird, um durch einen Ladevorgang in einer späteren Netzhalbwelle die Eingangskapazität (C) vor dem Ende des Phasenanschnittes höchstens auf eine dem in der Vorrichtung (DS,14. Electronic ballast according to one of the preceding claims with a device (DS, CS) for storing a prognosis value of the supply voltage (UIN) of the electronic ballast device, in which during a power supply half of the supply voltage of the supply voltage (UIN) is stored after completion of the phase control, by a charging operation in a later power half wave the input capacitance (C) before the end of the phase control at most to a in the device (DS .
CS) gespeicherten Wert entsprechende Spannung einzustellen.CS) stored value corresponding voltage.
15. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 14, bei dem die Spei- chervorrichtung (DS, CS) ausgelegt ist zur Speicherung eines Momentanwertes der Versorgungsspannung (UIN) während einer Netzhalbwel- Ie nach Abschluss des Phasenanschnittes, wobei der gespeicherte15. Electronic ballast according to claim 14, in which the storage device (DS, CS) is designed to store an instantaneous value of the supply voltage (UIN) during a mains half-cycle after completion of the phase control, the stored one
Wert dem Prognosewert entspricht.Value corresponds to the forecast value.
16. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Speichervorrichtung (DS, CS) dazu ausgelegt ist, den Prognosewert der Versorgungsspannung (UIN) nach Abschluss des Phasenanschnit- tes in jeder Netzhalbwelle zu speichern, und das Vorschaltgerät dazu ausgelegt ist, in jeder jeweils folgenden Netzhalbwelle die Eingangskapazität (C) vor dem Ende des Phasenanschnittes höchstens auf eine dem in der Vorrichtung (DS, CS) gespeicherten Wert entsprechende Spannung einzustellen.16. An electronic ballast according to claim 14 or 15, wherein the memory device (DS, CS) is adapted to store the forecast value of the supply voltage (UIN) after completion of Phasenanschnit- tes in each network half-wave, and the ballast is adapted to each respective following half-wave the input capacitance (C) before the end of the phase control at most to a corresponding to the value stored in the device (DS, CS) value corresponding voltage.
17. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16 das dazu ausgelegt ist, den zu speichernden Prognosewert der Versorgungsspannung (UIN) innerhalb eines Zeitfensters nach dem Abschluss des Phasenanschnittes über eine Spitzenwerterfassung (DS, CS) zu speichern.17. Electronic ballast according to one of claims 14 to 16, which is designed to store the forecast value of the supply voltage (UIN) to be stored within a time window after the completion of the phase control via a peak value detection (DS, CS).
18. Entladungslampe mit integriertem elektronischem Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 18. Discharge lamp with integrated electronic ballast according to one of the preceding claims.
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