EP1962565A1 - Vorschaltgerät mit Leistungsumschaltung - Google Patents

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EP1962565A1
EP1962565A1 EP07019688A EP07019688A EP1962565A1 EP 1962565 A1 EP1962565 A1 EP 1962565A1 EP 07019688 A EP07019688 A EP 07019688A EP 07019688 A EP07019688 A EP 07019688A EP 1962565 A1 EP1962565 A1 EP 1962565A1
Authority
EP
European Patent Office
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frequency
resonant
ballast
inverter
capacitor
Prior art date
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Granted
Application number
EP07019688A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1962565B1 (de
Inventor
Markus Cernek
Martin Bulling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Vossloh Schwabe GmbH
Original Assignee
Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Vossloh Schwabe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vossloh Schwabe Deutschland GmbH, Vossloh Schwabe GmbH filed Critical Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Publication of EP1962565A1 publication Critical patent/EP1962565A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1962565B1 publication Critical patent/EP1962565B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3925—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by frequency variation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/2825—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage
    • H05B41/2828—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage using control circuits for the switching elements

Definitions

  • the invention relates to an electronic ballast, which is switchable in its performance.
  • ballasts are increasingly used. These are usually fed on the mains side and ensure the power supply of the gas discharge lamp and, if necessary, for the generation of ignition pulses. Other functions, such as. Error monitoring, dimming, etc., are common.
  • ballasts that ignite ordinary or specially designed fluorescent lamps without electrode preheating.
  • Such ballasts are referred to as cold start ballasts. They usually work with a fixed predetermined and neither during ignition nor otherwise in operation changing inverter frequency of, for example, 30 kHz.
  • inverter frequency for example, 30 kHz.
  • they are provided with a current-limiting inductor, which is associated with at least one resonance capacitor. In the case of an unlit lamp, this leads to a resonance increase in the voltage applied to the lamp, which leads to lamp ignition. After ignition of the lamp due to the caused by the lamp damping of the resonant circuit disappears, the voltage overshoot.
  • the output side choke Due to the fixed predetermined operating frequency of such a ballast, the output side choke has a certain impedance, whereby the lamp current is fixed. Lamps that require a different lamp current are therefore not operable.
  • ballast according to claim 1 This object is achieved in particular with the ballast according to claim 1, but also with the ballast according to claim 2:
  • the ballast according to the invention comprises according to claim 1 to an inverter having a frequency control input.
  • the frequency of the inverter can be changed by an applied signal.
  • the inverter frequency can be switched between two setpoint frequencies. This then results in different inverter frequencies different Lamp currents, whereby lamps of different power can be connected to the same ballast.
  • the desired voltage resonance overshoots for igniting the cold fluorescent lamp are generated at the different operating frequencies.
  • at least one resonance capacitor is provided, which can be activated or deactivated. Activation or deactivation occurs e.g. by setting or interrupting a line connection.
  • an evaluation unit ensures that the activation or deactivation of the resonance capacitor is detected and the frequency control input of the inverter is influenced accordingly. This ensures that the inverter is always operating at the frequency that is substantially equal to the resonant frequency of the resonant circuit formed by the output choke and the resonant capacitors. If, for example, the resonance frequency is reduced by activating an (additional) resonant capacitor, the evaluation unit automatically adjusts the operating frequency of the inverter by lowering it. The activatable and deactivatable resonance capacitor is tuned in its effect on the resonant frequency of the output circuit of the ballast to the desired frequency change. Likewise, a frequency-determining component, for example a frequency-determining capacitor, can be activated and deactivated on the inverter and tuned to the same frequency change.
  • the frequency and thus performance of the ballast by setting or interrupting a single line connection can be made.
  • the independent setting of the operating frequency of the inverter and the resonant frequency of the lamp output circuit is not possible. Rather, the frequency adjustment of the resonance output circuit of the ballast via the evaluation unit is firmly linked to the frequency change of the inverter.
  • the operator takes a manual action on the resonant circuit of the ballast whereupon the inverter automatically adjusts its operating frequency.
  • the operator makes a frequency adjustment action on the inverter, whereupon the evaluation unit deactivates or activates a corresponding resonance capacitor.
  • the basic idea is realized that a frequency adjustment measure of one component of the overall arrangement results in an automatic frequency adjustment of another component of the circuit.
  • ballast is switchable between two different resonant frequencies and operating frequencies. In any case, regardless of the number of possible operating frequencies is guaranteed in each case in the invention that a switching of the resonant frequency automatically has a switching of the operating frequency result (and vice versa).
  • a line branch is preferably provided which can be cut, for example.
  • This may be a suitably trainednatizakar, a circuit board, a wire bridge, a plug-in contact or the like.
  • a wire bridge can also be provided which is to be plugged into corresponding sockets or terminals or which is to be used in another suitable way for bridging two contacts.
  • simple switches or the like e.g. find application through fusible conductor areas.
  • FIG. 1 is a ballast 1 illustrated, to which a gas discharge lamp 2 is connected.
  • the ballast 1 is connected via not further illustrated components to an electrical supply network.
  • These electrical components provide a DC voltage, for example, in the amount of 300 V at a node 3 ready.
  • Such components are, for example, a line filter, a mains rectifier, a step-up converter, for example in the form of a flux converter and possibly a storage capacitor for screening the DC voltage provided by the 300 V exemplified.
  • suitable circuit means may be present to provide an operating voltage of, for example, 12 or 15 V or other desired height. Such may be necessary to supply components of the ballast 1 with operating voltage.
  • To the ballast 1 includes an inverter, which is formed by an inverter half bridge 4 in the above embodiment.
  • This consists of two electronic switches 5, 6, for example.
  • the series circuit is connected at one end to the node 3 and at its other end to ground 7.
  • To control these switches 5, 6, these are connected via their control inputs to a half-bridge driver 8, which is usually formed by an integrated circuit.
  • the half-bridge driver opens and closes the switches 5, 6 alternately at an operating frequency fixed by an RC circuit 9.
  • RC circuit 9 includes a frequency-determining resistor 10 and in the present example, two frequency-determining capacitors 11, 12.
  • the resistor 10 is connected to terminals 13, 14. With The terminal 14 is also the series circuit of the capacitors 11, 12 connected, which is grounded at its other end.
  • connection point 15 between the capacitors 11, 12 forms a frequency control point at which the operating frequency of the half-bridge driver 8 can be influenced. If the capacitor 12 is bypassed, only the capacitor 11 is effective. The half-bridge driver 8 then operates at a first lower frequency. However, if the connection point 15 is left free, the series connection of both capacitors 11, 12 is active. The effective total capacity is lower and the operating frequency of the inverter half-bridge 8 rises to a second value.
  • an electronic switch 16 such as. A bipolar transistor can be connected, which is grounded with its emitter. Its control input 17, i. specifically, for example, its base is connected to an evaluation circuit 18. This can selectively open or close the switch 16 so that it shorts or releases the capacitor 12.
  • a lamp branch is connected, which includes a resonant circuit 19.
  • a throttle 20 which is connected at one end to the inverter half-bridge 4 and at its other end to a coupling capacitor 21.
  • an electrode 22 of the lamp 2 is connected, the other electrode 23 is connected to ground.
  • the coupling capacitor 21 can be omitted and the electrode 23 on a capacitive voltage divider be connected.
  • a second inverter half-bridge which is connected in push-pull to the existing inverter half bridge 4 and connected to the electrode 23.
  • the electronic ballast 1 has a full-bridge inverter.
  • a resonance capacitor 24 is provided. This is connected in parallel to the lamp 2. He determines together with the throttle 20 a first resonant frequency.
  • the resonance capacitor 24, a further resonance capacitor 25 is connected in parallel.
  • the parallel connection of the resonance capacitors 24, 25 establishes a different resonance frequency together with the inductor 20.
  • the resonance capacitor 25 can be activated or deactivated via a suitable technical means.
  • a severable line connection 26 can serve, which connects a connection of the resonance capacitor 25 to the electrode 22.
  • This severable line connection may be an exposed trace of a printed circuit board to be severed with a mounting tool, a wire bridge to be removed or severed with a side cutter or other suitable tool, a solder bump that may be removed with the soldering iron, or the like.
  • a manufacturable line connection can be provided, for example, two sockets can be provided which can receive a connecting wire bridge, two pins on which a connector can be placed, which can be connected by wire or with each other, for example to be twisted by a pair of pliers, to connect.
  • Other appropriate means such as simple switches or the like can be used.
  • the evaluation unit 18 is connected with its input 27 to the non-ground end of the resonant capacitor 25 and serves to detect whether the resonant capacitor 24 has been activated, whether it has been deactivated.
  • FIG. 2 illustrates a simple embodiment of the evaluation unit 18.
  • the resistors 28, 29 are dimensioned so large that they do not substantially attenuate the resonant circuit consisting of the choke 20 and the resonance capacitors 24, 25.
  • Connected to the resistors 28, 29 is a voltage doubler rectifier circuit 30.
  • the output signal of this voltage doubler rectifier circuit 30 is zero when no AC voltage is applied to the capacitor 25. If AC voltage is applied to resonant capacitor 25, it is significantly greater than zero. It is then sufficient to make the switch 16 current-conducting, ie to close.
  • FIG. 3 An alternative evaluation unit is in FIG. 3 illustrated. It consists of a one-way rectifier circuit with high impedance input resistance and a capacitor which is connected to the base of the subsequent switching transistor.
  • the ballast 1 described so far operates as follows:
  • ballast 1 If the operator wants to use the same ballast 1 for a lamp 2 of lesser power, it cuts through the line connection 26. Thereupon, the operation of the ballast 1 is as follows:
  • the inverter half-bridge 4 When switching on the ballast 1, the inverter half-bridge 4 starts operating. However, no AC voltage appears at the resonance capacitor 25. The evaluation unit 18 outputs no signal at its output. Thus, the switch 16, ie the transistor in question remains non-conductive. Now, the series connection of the capacitors 11, 12 frequency determining. The half-bridge driver 8 therefore operates at a higher (second) operating frequency. This agrees with the resonance frequency, which results from the capacity of the resonance capacitor 24 and the inductance of the inductor 20. Thus, in turn, a sufficient voltage overshoot to ignite the (weaker) lamp 2 is present. If this is ignited, the arrangement is in normal operation, in which the inductor 20 now limits the current due to the higher operating frequency of the inverter half-bridge 4 to a lower value.
  • the ballast 1 described so far can be modified.
  • the activation or deactivation of the resonance capacitor 25 can be accomplished by a bridge connection 26, which is connected in parallel with the resonance capacitor 25.
  • a jumper is indicated.
  • the inverter half bridge 8 is set to a lower frequency when the line connection 26 is present, while being set to a higher frequency when the line connection 26 is absent.
  • the evaluation unit 18 contains in this case in addition to the in FIG. 2 illustrated circuit, a signal-inverting device or other circuitry measures that cause the switch 16 is conductive when no input to the input 27 AC voltage. Otherwise, due to the structure and function of the ballast 1 after FIG. 4 refer to the above description.
  • FIG. 5 Another variation illustrates FIG. 5 , There, the resonant capacitor 25 is activated or deactivated by establishing or disconnecting its ground connection via the line connection 26. Again this condition becomes monitored by the evaluation unit 18. Because of function and structure otherwise refer to the above description.
  • FIG. 6 Another modification shows FIG. 6 , This reverses the above-described functional principle.
  • the disconnectable line connection 26 now activates or deactivates the frequency-determining capacitor 12 of the RC circuit 9.
  • the inverter half bridge 8 accordingly operates at a higher or lower frequency. It can now activate or deactivate the resonance capacitor 25 in that its ground connection is designed as a fuse 31.
  • the half-bridge driver 8 now has a logic function that detects the removal of the line connection 26. This can be done either by internal evaluation of the self-adjusting operating frequency or by a separate line connection 32, via which the line connection 26 is controlled. If the half-bridge driver 8 detects the interruption of the line connection 26, it increases its operating frequency to the operating frequency which is now determined solely by the capacitor 11.
  • the half-bridge driver transitions to an operating frequency corresponding to the resonant frequency of the reactor 20 in conjunction with the resonant capacitor 24.
  • FIG. 7 illustrates another modified embodiment of the circuit according to the invention.
  • the circuit of the ballast 1 after FIG. 7 differs from the above-described embodiments by the type of frequency determination of the half-bridge driver 8.
  • a modified design of the resistor network is provided for frequency determination. Again, the frequency switching is done by activating or deactivating a frequency-determining device, here the resistor 12 ".
  • FIG. 9 illustrates the application of the invention in a ballast for fluorescent lamps with preheated electrodes.
  • a line connection 26 is provided, via which, in addition to the capacitor 24 ', the further capacitor 25' can be activated or deactivated.
  • a ballast for cold ignited fluorescent lamps has an inverter with at least two different frequencies.
  • a frequency control input allows switching from one operating frequency.
  • On the output side it has a resonant circuit with two resonance frequencies. Switched between the resonant frequencies by activation or deactivation of a resonant component, for example.
  • a capacitor 25 A capacitor 25.
  • An evaluation unit detects the activation or deactivation of the resonant component 25 and outputs a corresponding signal to the frequency control input of the inverter so that it operates with the respectively appropriate operating frequency.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Ein Vorschaltgerät für kalt gezündete Leuchtstofflampen weist einen Wechselrichter mit zumindest zwei verschiedenen Frequenzen auf. Ein Frequenzsteuereingang gestattet das umschalten von der einen Betriebsfrequenz. Ausgangsseitig weist er einen Resonanzkreis mit zwei Resonanzfrequenzen auf. Zwischen den Resonanzfrequenzen wird durch Aktivierung oder Deaktivierung eines Resonanzbauelements bspw. eines Kondensators (25) umgeschaltet. Eine Auswerteeinheit erfasst die Aktivierung oder Deaktivierung des Resonanzbauelements (25) und gibt ein entsprechendes Signal an den Frequenzsteuereingang des Wechselrichters, so dass dieser mit der jeweils passenden Betriebsfrequenz arbeitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät, das in seiner Leistung umschaltbar ist.
  • Für Leuchtstofflampen und auch andere Gasentladungslampen werden zunehmend elektronische Vorschaltgeräte eingesetzt. Diese werden in der Regel netzseitig gespeist und sorgen für die Stromversorgung der Gasentladungslampe sowie ggfs. für die Erzeugung von Zündimpulsen. Weitere Funktionen, wie bspw. Fehlerüberwachung, Dimmung usw., sind gebräuchlich.
  • Häufig sind Leuchtstofflampen mit Elektroden ausgestattet, die vor dem Zünden vorgewärmt werden, um den Zündvorgang zu erleichtern. Es existieren aber auch Vorschaltgeräte, die gewöhnliche oder auch speziell dafür eingerichtete Leuchtstofflampen ohne Elektrodenvorwärmung zünden. Solche Vorschaltgeräte werden als Kaltstartvorschaltgeräte bezeichnet. Sie arbeiten meist mit einer fest vorgegebenen und weder beim Zünden noch sonst im Betrieb sich verändernden Wechselrichterfrequenz von bspw. 30 kHz. Ausgangsseitig sind sie mit einer strombegrenzenden Drossel versehen, der zumindest ein Resonanzkondensator zugeordnet ist. Dieser führt bei ungezündeter Lampe zu einer Resonanzüberhöhung der an der Lampe anliegenden Spannung, was zur Lampenzündung führt. Nach Zündung der Lampe verschwindet infolge der durch die Lampe verursachten Bedämpfung des Resonanzkreises die Spannungsüberhöhung.
  • Durch die fest vorgegebene Arbeitsfrequenz eines solchen Vorschaltgeräts hat die ausgangsseitige Drossel eine bestimmte Impedanz, wodurch der Lampenstrom festgelegt ist. Lampen, die einen anderen Lampenstrom erfordern, sind damit nicht betreibbar.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein elektronisches Vorschaltgerät für kalt zu startende Entladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, zu schaffen, mit dem eine Leistungsanpassung auf einfache und komfortable Weise möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird insbesondere mit dem Vorschaltgerät nach Anspruch 1, aber auch mit dem Vorschaltgerät nach Anspruch 2 gelöst:
  • Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät weist nach Anspruch 1 einen Wechselrichter auf, der einen Frequenz-Steuereingang aufweist. An dem Frequenz-Steuereingang kann die Frequenz des Wechselrichters durch ein anliegendes Signal geändert werden. Im einfachsten Fall kann die Wechselrichterfrequenz zwischen zwei Sollfrequenzen umgeschaltet werden. Damit ergeben sich dann bei verschiedenen Wechselrichterfrequenzen verschiedene Lampenströme, wodurch Lampen verschiedener Leistung an ein und dasselbe Vorschaltgerät angeschlossen werden können.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät ist in diesem Fall auch dafür gesorgt, dass bei den unterschiedlichen Betriebsfrequenzen jeweils die gewünschten Spannungs-Resonanz-überhöhungen zum Zünden der kalten Leuchtstofflampe erzeugt werden. Dazu ist zumindest ein Resonanzkondensator vorgesehen, der aktiviert oder deaktiviert werden kann. Die Aktivierung oder Deaktivierung erfolgt z.B. durch Setzen oder Unterbrechen einer Leitungsverbindung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät sorgt eine Auswerteeinheit dafür, dass das Aktivieren oder Deaktivieren des Resonanzkondensators erfasst und der Frequenz-Steuereingang des Wechselrichters entsprechend beeinflusst wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Wechselrichter gerade immer mit derjenigen Frequenz arbeitet, die im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises entspricht, der aus der Ausgangsdrossel und den Resonanzkondensatoren gebildet ist. Wird bspw. durch Aktivierung eines (zusätzlichen) Resonanzkondensators die Resonanzfrequenz herabgesetzt, passt die Auswerteinheit die Betriebsfrequenz des Wechselrichters automatisch an, indem sie diese absenkt. Der aktivierbare und deaktivierbare Resonanzkondensator ist in seiner Wirkung auf die Resonanzfrequenz des Ausgangskreises des Vorschaltgeräts auf die gewünschte Frequenzänderung abgestimmt. Ebenso ist ein frequenzbestimmendes Bauelement, bspw. ein frequenzbestimmender Kondensator, an dem Wechselrichter aktivierbar und deaktivierbar und auf die gleiche Frequenzänderung abgestimmt.
  • Durch dieses Konzept kann die Frequenz und somit Leistungsanpassung des Vorschaltgeräts durch Setzen oder Unterbrechen einer einzigen Leitungsverbindung vorgenommen werden. Die unabhängige Einstellung der Betriebsfrequenz des Wechselrichters und der Resonanzfrequenz des Lampenausgangskreises ist nicht möglich. Vielmehr ist die Frequenzverstellung des Resonanz-Ausgangskreises des Vorschaltgeräts über die Auswerteeinheit fest mit der Frequenzänderung des Wechselrichters verknüpft.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät nach Anspruch 1 trifft der Bediener eine manuelle Maßnahme an dem Resonanzkreis des Vorschaltgeräts woraufhin der Wechselrichter seine Betriebsfrequenz automatisch anpasst. Es ist jedoch auch die umgekehrte Vorgehensweise möglich, wie es bei dem Vorschaltgerät nach Anspruch 2 verwirklicht ist. Dort trifft der Bediener eine Frequenzeinstellmaßnahme an dem Wechselrichter, woraufhin die Auswerteeinheit einen entsprechenden Resonanz-kondensator deaktiviert oder auch aktiviert. Auch dabei wird der Grundgedanke verwirklicht, dass eine FrequenzEinstellmaßnahme einer Komponente der Gesamtanordnung eine automatische Frequenznachstellung einer anderen Komponente der Schaltung zur Folge hat.
  • Prinzipiell ist es möglich mehrere unabhängig voneinander aktivierbare oder deaktivierbare Resonanzkondenstoren vorzusehen und entsprechend den Wechselrichter auf mehrere unterschiedliche Frequenzen einzustellen. Jedoch genügt es für die meisten Fälle, wenn das Vorschaltgerät zwischen zwei verschiedenen Resonanzfrequenzen und Betriebsfrequenzen umschaltbar ist. Jedenfalls wird bei der Erfindung unabhängig von der Anzahl der möglichen Arbeitsfrequenzen jeweils garantiert, dass eine Umschaltung der Resonanzfrequenz automatisch eine Umschaltung der Betriebsfrequenz zur Folge hat (und umgekehrt).
  • Zur Aktivierung oder Deaktivierung des Resonanzkondensators oder auch zur anderweitigen Frequenzbeeinflussung des Resonanzkreises ist vorzugsweise ein Leitungszweig vorgesehen, der sich bspw. durchtrennen lässt. Dies können ein entsprechend ausgebildeter Leiterzug, eine Leiterplatte, eine Drahtbrücke, ein Steckkontakt oder dergleichen sein. Alternativ kann zur Aktivierung oder Deaktivierung eines Resonanzkondensators oder sonstigen frequenzbestimmenden Bauelements auch eine Drahtbrücke vorgesehen werden, die in entsprechende Buchsen oder Klemmen einzustecken ist oder die auf andere geeignete Weise zur Überbrückung zweier Kontakte einzusetzen ist. Auch können einfache Schalter oder dergleichen z.B. durch schmelzbare Leiterbereiche Anwendung finden.
  • Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung gehen aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung oder Unteransprüchen hervor. Die Beschreibung ist auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten beschränkt. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Vorschaltgerät mit angeschlossener Lampe in schematischer Darstellung;
    • Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Auswerteeinheit in schematischer Darstellung;
    • Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Auswerteeinheit in schematischer Darstellung;
    • Fig. 4 bis 9 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes jeweils in schematischer Darstellung.
  • In Figur 1 ist ein Vorschaltgerät 1 veranschaulicht, an das eine Gasentladungslampe 2 angeschlossen ist. Das Vorschaltgerät 1 ist über nicht weiter veranschaulichte Komponenten an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen. Diese elektrischen Komponenten stellen eine Gleichspannung bspw. in Höhe von 300 V an einem Schaltungspunkt 3 bereit. Solche Komponenten sind bspw. ein Netzfilter, ein Netzgleichrichter, ein Hochsetzsteller, z.B. in Form eines Flusswandlers und ggfs. ein Speicherkondensator zur Siebung der bereitgestellten Gleichspannung von dem beispielhaft genannten 300 V. Außerdem können geeignete Schaltungsmittel vorhanden sein, um eine Betriebsspannung von z.B. 12 oder 15 V oder in anderer gewünschter Höhe bereitzustellen. Eine solche kann erforderlich sein, um Komponenten des Vorschaltgeräts 1 mit Betriebsspannung zu versorgen.
  • Zu dem Vorschaltgerät 1 gehört ein Wechselrichter, der im vorstehenden Ausführungsbeispiel durch eine Wechselrichter-halbbrücke 4 gebildet ist. Diese besteht aus zwei elektronischen Schaltern 5, 6, bspw. in Form von Feldeffekttransistoren, die miteinander in Reihe geschaltet sind und alternierend öffne und schließen. Die Reihenschaltung ist mit einem Ende an den Schaltungspunkt 3 und mit ihrem anderen Ende an Masse 7 angeschlossen. Zur Ansteuerung dieser Schalter 5, 6 sind diese über ihre Steuereingänge an einen Halbbrückentreiber 8 angeschlossen, der meist von einer integrierten Schaltung gebildet wird. Der Halbbrückentreiber öffnet und schließt die Schalter 5, 6 abwechselnd mit einer Betriebsfrequenz, die durch eine RC-Schaltung 9 fest gelegt ist. Zu der an den Halbbrückentreiber 8 angeschlossenen RC-Schaltung 9 gehören ein frequenzbestimmender Widerstand 10 und im vorliegenden Beispiel zwei frequenzbestimmende Kondensatoren 11, 12. Der Widerstand 10 ist an Anschlüsse 13, 14 angeschlossen. Mit dem Anschluss 14 ist auch die Reihenschaltung der Kondensatoren 11, 12 verbunden, die mit ihrem anderen Ende an Masse liegt.
  • Der Verbindungspunkt 15 zwischen den Kondensatoren 11, 12 bildet einen Frequenz-Steuerpunkt an dem die Betriebsfrequenz des Halbbrückentreibers 8 beeinflussbar ist. Wird der Kondensator 12 überbrückt, ist lediglich der Kondensator 11 wirksam. Der Halbbrückentreiber 8 arbeitet dann mit einer ersten niedrigeren Frequenz. Wird der Verbindungspunkt 15 jedoch frei gelassen, ist die Reihenschaltung beider Kondensatoren 11, 12 aktiv. Die wirksame Gesamtkapazität ist geringer und die Betriebsfrequenz der Wechselrichterhalbbrücke 8 steigt auf einen zweiten Wert.
  • An den Verbindungspunkt 15 kann ein elektronischer Schalter 16 wie bspw. ein Bipolartransistor angeschlossen werden, der mit seinem Emitter auf Masse liegt. Sein Steuereingang 17, d.h. konkret, beispielsweise seine Basis, ist mit einer Auswerteschaltung 18 verbunden. Diese kann den Schalter 16 gezielt öffnen oder schließen, so dass er den Kondensator 12 kurzschließt oder freigibt.
  • An den Verbindungspunkt der Schalter 5, 6 der Wechselrichterhalbbrücke 4 ist ein Lampenzweig angeschlossen, der eine Resonanzschaltung 19 enthält. Zu dieser gehören bspw. eine Drossel 20, die mit einem Ende mit der Wechselrichterhalbbrücke 4 und mit ihrem anderen Ende mit einem Koppelkondensator 21 verbunden ist. An die Reihenschaltung aus der Drossel 20 und dem Koppelkondensator 21 ist eine Elektrode 22 der Lampe 2 angeschlossen, deren andere Elektrode 23 an Masse geschaltet ist. Alternativ kann der Koppelkondensator 21 entfallen und die Elektrode 23 an einem kapazitiven Spannungsteiler angeschlossen werden. Es ist auch möglich, eine zweite Wechselrichterhalbbrücke vorzusehen, die im Gegentakt zu der vorhandenen Wechselrichterhalbbrücke 4 geschaltet wird und mit der Elektrode 23 verbunden ist. In diesem Fall hat das elektronische Vorschaltgerät 1 einen Vollbrückenwechselrichter.
  • Zum Zünden der Lampe 2 ist ein Resonanzkondensator 24 vorgesehen. Dieser ist parallel zu der Lampe 2 geschaltet. Er legt zusammen mit der Drossel 20 eine erste Resonanzfrequenz fest.
  • Dem Resonanzkondensator 24 ist ein weiterer Resonanzkondensator 25 parallel geschaltet. Die Parallelschaltung der Resonanzkondensatoren 24, 25 legt zusammen mit der Drossel 20 eine andere Resonanzfrequenz fest. Der Resonanzkondensator 25 ist über ein geeignetes technisches Mittel aktivierbar oder deaktivierbar. Dazu kann bspw. eine durchtrennbare Leitungsverbindung 26 dienen, die einen Anschluss des Resonanzkondensators 25 mit der Elektrode 22 verbindet. Diese durchtrennbare Leitungsverbindung kann ein exponierter Leiterzug einer Leiterplatte sein, der mit einem Montagewerkzeug zu durchtrennen ist, eine Drahtbrücke, die mit einem Seitenschneider oder anderen geeigneten Werkzeug zu entfernen oder zu durchtrennen ist, eine Lötperle, die mit dem Lötkolben entfernt werden kann oder dergleichen. Anstelle der durchtrennbaren Leitungsverbindung 26 kann auch eine herstellbare Leitungsverbindung vorgesehen werden, dazu können bspw. zwei Steckbuchsen vorgesehen werden, die eine verbindende Drahtbrücke aufnehmen können, zwei Stifte auf die ein Verbindungsstecker aufsetzbar ist, die durch Draht verbunden werden können oder die miteinander bspw. mittels einer Zange verdrillt werden, um eine Verbindung herzustellen. Weitere entsprechende Mittel wie einfache Schalter oder dergleichen sind einsetzbar.
  • Die Auswerteeinheit 18 ist mit ihrem Eingang 27 an das nicht auf Masse liegende Ende des Resonanzkondensators 25 angeschlossen und dient dazu zu erfassen, ob der Resonanzkondensator 24 aktiviert worden ist der ob er deaktiviert worden ist.
  • Figur 2 veranschaulicht eine einfache Ausführungsform der Auswerteeinheit 18. an ihrem Eingang 278 schließt sich zumindest ein vorzugsweise mehrere hochohmige Widerstände 28, 29 an, die in Reihe geschaltet sind. Die Widerstände 28, 29 sind so groß bemessen, dass sie den Resonanzkreis bestehend aus der Drossel 20 und den Resonanzkondensatoren 24, 25 nicht wesentlich bedämpfen. An die Widerstände 28, 29 schließt sich eine Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung 30 an. Das Ausgangssignal dieser Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung 30 ist Null wenn an dem Kondensator 25 keine Wechselspannung anliegt. Liegt an dem Resonanzkondensator 25 Wechselspannung an, ist es deutlich größer als Null. Es genügt dann den Schalter 16 stromleitend zu machen, d.h. zu schließen.
  • Eine alternative Auswerteeinheit ist in Figur 3 veranschaulicht. Sie besteht aus einer Einweg-Gleichrichterschaltung mit hochohmigen Eingangswiderstand und einem Kondensator, der mit der Basis des nachfolgenden Schalttransistors verbunden ist.
  • Das insoweit beschriebene Vorschaltgerät 1 arbeitet wie folgt:
  • Es wird davon ausgegangen, dass zunächst eine Lampe 2 hoher Leistung zu betreiben ist. Diese Lampe 2 fordert einen hohen Lampenstrom. Die Leitungsverbindung 26 ist vorhanden. Damit ist beim Einschalten des Stroms und mit beginnenden Betriebs der Wechselrichter-Halbbrücke 4 an dem Kondenstor 25 eine Wechselspannung vorhanden. Die Auswerteeinheit 18 erfasst dies und macht den Schalter 16 stromleitend. Somit ist nur der Kondensator 11 aktiv. Der Kondensator 12 ist kurzgeschlossen. Der Halbbrückentreiber 8 arbeitet somit mit eine relativ niedrigen Frequenz. Diese Betriebsfrequenz stimmt mit der Resonanzfrequenz überein, die sich aus der Summe der Kapazitäten der Resonanzkondensatoren 24 und 25 und der Induktivität der Drossel 20 ergibt. Es entsteht somit an der Elektrode 22 eine resonanzüberhöhte Spannung. Die Lampe 20 zündet. Durch die Zündung der Lampe wird die Resonanz des Lampenausgangskreise bzw. Schwingkreises bestehend aus der Drossel 20 und den Resonanzkondensatoren 24, 25 bedämpft. Die Drossel 20 begrenzt den Lampenstrom und die Anordnung geht in Dauerbetrieb über.
  • Will der Bediener das gleiche Vorschaltgerät 1 für eine Lampe 2 geringerer Leistung einsetzen, durchtrennt er die Leitungsverbindung 26. Daraufhin ist der Betrieb des Vorschaltgeräts 1 wie folgt:
  • Beim Einschalten des Vorschaltgeräts 1 nimmt die Wechselrichterhalbbrücke 4 ihren Betrieb auf. An dem Resonanzkondensator 25 tritt jedoch keinerlei Wechselspannung in Erscheinung. Die Auswerteinheit 18 gibt an ihrem Ausgang kein Signal ab. Somit bleibt der Schalter 16, d.h. der betreffende Transistor nichtleitend. Nun ist die Reihenschaltung der Kondensatoren 11, 12 frequenzbestimmend. Der Halbbrückentreiber 8 arbeitet deshalb mit einer höheren (zweiten) Betriebsfrequenz. Diese stimmt mit der Resonanzfrequenz überein, die sich aus der Kapazität des Resonanzkondensators 24 und der Induktivität der Drossel 20 ergibt. Somit ist wiederum eine ausreichende Spannungsüberhöhung zum Zünden der (schwächeren) Lampe 2 vorhanden. Ist diese gezündet, geht die Anordnung in normalen Betreib über, bei dem die Drossel 20 den Strom infolge der höheren Betriebsfrequenz der Wechselrichterhalbbrücke 4 nun auf einen niedrigeren Wert begrenzt.
  • Das insoweit beschriebene Vorschaltgerät 1 kann abgewandelt werden. Beispielsweise können die Resonanzkondensatoren 24, 25, wie Figur 4 zeigt, in Reihe geschaltet werden. Die Aktivierung oder Deaktivierung des Resonanzkondensators 25 kann durch eine Brücke bzw. Leitungsverbindung 26 bewerkstelligt werden, die dem Resonanzkondensator 25 parallel geschaltet ist. In Figur 4 ist dazu eine Steckbrücke angedeutet. Bei dieser Einrichtung wird die Wechselrichterhalbbrücke 8 auf eine niedrigere Frequenz eingestellt, wenn die Leitungsverbindung 26 vorhanden ist, während sie auf eine höhere Frequenz eingestellt-wird, wenn die Leitungsverbindung 26 fehlt. Die Auswerteeinheit 18 enthält in diesem Fall zusätzlich zu der in Figur 2 veranschaulichten Schaltung ein signalinvertierendes Bauelement oder andere schaltungstechnische Maßnahmen, die dazu führen, dass der Schalter 16 stromleitend wird, wenn an dem Eingang 27 keine Wechselspannung anliegt. Ansonsten wird wegen der Struktur und Funktion des Vorschaltgeräts 1 nach Figur 4 auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
  • Eine weitere Abwandlung veranschaulicht Figur 5. Dort wird der Resonanzkondensator 25 aktiviert oder deaktiviert, indem seine Masseverbindung über die Leitungsverbindung 26 hergestellt oder getrennt wird. Wiederum wird dieser Zustand von der Auswerteeinheit 18 überwacht. Wegen Funktion und Aufbau wird ansonsten auf die vorstehende Beschreibung verweisen.
  • Eine weitere Abwandlung zeigt Figur 6. Diese kehrt das vorbeschriebene Funktionsprinzip um. Die auftrennbare Leitungsverbindung 26 aktiviert oder deaktiviert nun den frequenzbestimmenden Kondensator 12 der RC-Schaltung 9. die Wechselrichterhalbbrücke 8 arbeitet dementsprechend mit höherer oder niedrigerer Frequenz. Sie kann nun den Resonanzkondensator 25 aktivieren oder deaktivieren indem seine Masseverbindung als Schmelzsicherung 31 ausgebildet ist. Der Halbbrückentreiber 8 weist nun eine Logikfunktion auf, die das Beseitigen der Leitungsverbindung 26 feststellt. Dies kann entweder durch interne Auswertung der sich einstellenden Betriebsfrequenz oder durch eine gesonderte Leitungsverbindung 32 erfolgen, über die die Leitungsverbindung 26 kontrolliert wird. Stellt der Halbbrückentreiber 8 das Unterbrechen der Leitungsverbindung 26 fest, erhöht er seine Betriebsfrequenz auf die nun allein von dem Kondensator 11 bestimmte Betriebsfrequenz. Zuvor aber ändert er seine Frequenz auf einen Wert, bei dem ein übergroßer Resonanzstrom an dem Resonanzkondenstor 25 auftritt, so dass die Schmelzsicherung 31 schmilzt. Danach geht der Halbbrückentreiber auf eine Betriebsfrequenz über, die der Resonanzfrequenz der Drossel 20 in Verbindung mit dem Resonanzkondensator 24 entspricht.
  • Figur 7 veranschaulicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung. Zur Beschreibung wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorige Beschreibung verwiesen. Die Schaltung des Vorschaltgeräts 1 nach Figur 7 unterscheidet sich von den vorbeschriebenen Ausführungsformen durch die Art der Frequenzbestimmung des Halbbrückentreibers 8. Hier sind als frequenzbestimmende Bauelemente Widerstände 11', 12', 10' vorgesehen. Ansonsten ist die Funktion wie vorstehend beschrieben.
  • Bei der Ausführungsform nach Figur 8 ist eine abgewandelte Bauform des Widerstandsnetzwerks zur Frequenzbestimmung vorgesehen. Wiederum erfolgt die Frequenzumschaltung durch Aktivierung oder Deaktivierung eines frequenzbestimmenden Bauelements, hier des Widerstands 12''.
  • Figur 9 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei einem Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen mit vorgeheizten Elektroden. Der resonanzbestimmende Kondensator 24' sitzt hier zwischen den Enden der vorheizbaren Elektroden, deren andere Enden über den Koppelkondensator 21 und die Drossel 20 an die Wechselrichterhalbbrücke 4 bzw. an Masse angeschlossen sind. Wiederum ist eine Leitungsverbindung 26 vorgesehen, über die zusätzlich zu dem Kondensator 24' der weitere Kondensator 25' aktivierbar oder auch deaktivierbar ist.
  • Ein Vorschaltgerät für kalt gezündete Leuchtstofflampen weist einen Wechselrichter mit zumindest zwei verschiedenen Frequenzen auf. Ein Frequenzsteuereingang gestattet das umschalten von der einen Betriebsfrequenz. Ausgangsseitig weist er einen Resonanzkreis mit zwei Resonanzfrequenzen auf. Zwischen den Resonanzfrequenzen durch Aktivierung oder Deaktivierung eines Resonanzbauelements bspw. eines Kondensators 25 umgeschaltet. Eine Auswerteeinheit erfasst die Aktivierung oder Deaktivierung des Resonanzbauelements 25 und gibt ein entsprechendes Signal an den Frequenzsteuereingang des Wechselrichters, so dass dieser mit der jeweils passenden Betriebsfrequenz arbeitet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorschaltgerät
    2
    Lampe
    3
    Schaltungspunkt
    4
    Wechselrichterhalbbrücke
    5
    Schalter
    6
    Schalter
    7
    Masse
    8
    Halbbrückentreiber
    9
    RC-Schaltung
    10
    Widerstand
    11
    Kondensator
    12
    Kondensator
    13
    Anschluss
    14
    Anschluss
    15
    Verbindungspunkt
    16
    Schalter
    17
    Steuereingang
    18
    Auswerteschaltung
    19
    Resonanzschaltung
    20
    Drossel
    21
    Koppelkondensator
    22
    Elektrode
    23
    Elektrode
    24
    Resonanz-Kondensator
    25
    Resonanz-Kondensator
    26
    Leitungsverbindung
    27
    Eingang
    28
    Widerstand
    29
    Widerstand
    30
    Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung
    31
    Schmelzsicherung
    32
    Leitungsverbindung

Claims (10)

  1. Vorschaltgerät (1), insbesondere für Leuchtstofflampen,
    mit einem Wechselrichter (4, 8) mit einem Frequenz-Steuereingang (17),
    mit wenigstens einem Resonanzbauelement (25),
    mit wenigstens einem Schaltmittel (26) zur Aktivierung oder Deaktivierung des Resonanzbauelements (25),
    mit einer Auswerteeinheit (18) zur Erfassung der Aktivierung oder Deaktivierung des Resonanzbauelements (25) und zur entsprechenden Beeinflussung des Frequenz-Steuereingangs (17).
  2. Vorschaltgerät (1), insbesondere für Leuchtstofflampen,
    mit einem Wechselrichter (4, 8), der mit einer ersten und mit einer zweiten Betriebsfrequenz betreibbar ist,
    mit wenigstens einem Schaltmittel (26) zur Umschaltung des Wechselrichters (4, 8) von der ersten zu der zweiten Betriebsfrequenz und umgekehrt,
    mit einem ersten Resonanzbauelement (24),
    mit einem zweiten Resonanzbauelement (25),
    mit einer Auswerteeinheit (18) zur Erfassung der Betriebsfrequenz und zur entsprechenden Aktivierung oder Deaktivierung des zweiten Resonanzbauelements (25).
  3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzbauelement (25) ein Resonanz-Kondensator ist.
  4. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (4, 8) zwischen zumindest zwei voneinander verschiedenen Arbeitsfrequenzen umschaltbar ist.
  5. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkondensator (25) zusammen mit einer Drossel (20) und gegebenenfalls einem weiteren Resonanzkondensator (24) eine Resonanzfrequenz festlegt, die mit einer der Arbeitsfrequenzen des Wechselrichters (4, 8) übereinstimmt.
  6. Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Resonanzkondensator (24) vorgesehen ist, der mit der Drossel (20) eine Resonanzfrequenz festlegt, die der anderen Arbeitsfrequenz des Wechselrichters (4, 8) übereinstimmt.
  7. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (26) eine durchtrennbarer Leiter ist.
  8. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (26) eine Steckbrücke () ist.
  9. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (26) ein mechanischer einpoliger Schalter ist.
  10. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) einen wechselspannungsempfindlichen Eingang (27) und einen Schaltsignal-Ausgang aufweist, der an den Frequenz-Steuereingang (17) angeschlossen ist.
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