EP2011372A1 - Dimmbares elektronisches vorschaltgerät - Google Patents

Dimmbares elektronisches vorschaltgerät

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Publication number
EP2011372A1
EP2011372A1 EP07724007A EP07724007A EP2011372A1 EP 2011372 A1 EP2011372 A1 EP 2011372A1 EP 07724007 A EP07724007 A EP 07724007A EP 07724007 A EP07724007 A EP 07724007A EP 2011372 A1 EP2011372 A1 EP 2011372A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lamp
current
frequency
control unit
unipolar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07724007A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred TRÖSTL
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.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonicatco GmbH and Co KG
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 Tridonicatco GmbH and Co KG filed Critical Tridonicatco GmbH and Co KG
Publication of EP2011372A1 publication Critical patent/EP2011372A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations

Definitions

  • the present invention relates to dimmable electronic ballasts, for example for gas discharge lamps, to electronic control units for such a dimmable electronic ballast and to associated operating methods for dimmable electronic ballasts.
  • dimmable ballasts With dimmable ballasts, it is problematic to set the lower limit of the dimming range to, for example, less than 1% dimming value.
  • the cause of this problem is that the detection of the high-frequency AC signals (lamp current, lamp voltage) for the power control of the lamp is very expensive, since the detection of the recirculated AC signals must be designed for a very large area.
  • EP 1 330 945 B1 shows a ballast with a full bridge operation with linear regulator.
  • AT 392 384 B shows a low-frequency rectangular operation by means of half bridge or full bridge.
  • WO 2004/010742 shows a low-frequency rectangular operation by means of a half-bridge.
  • the invention provides that the lamp is operated with a specially tuned mode of operation, depending on whether the power to be set is above or below a defined dimming level.
  • a dimmable electronic ballast for gas discharge lamps includes an electronic control unit configured to selectively control operation of a connected lamp depending on whether the current dimming level is above or below a defined dimming level.
  • the lamp is operated with a high-frequency bipolar lamp current, which can be generated for example by means of a half-bridge inverter.
  • the lamp is operated with a unipolar DC lamp current, which is also superimposed by a high-frequency current.
  • a power control of the lamp by controlling the RF frequency, for example, the half-bridge inverter.
  • the power regulation of the lamp preferably takes place via the control of the effective value of the lamp current.
  • the rms value of the lamp current can be adjusted by the amplitude of the unipolar DC lamp current and / or the duty cycle of a pulsed unipolar DC lamp current.
  • the unipolar DC lamp current can be PWM-modulated.
  • the control unit When operating the lamp with a unipolar DC lamp current, the control unit can drive a high potential transistor of a half-bridge inverter in a linear regulator mode.
  • the power control is regulated by controlling the amplitude of the DC lamp current.
  • control unit can also control the lamp by means of a linear regulator connected in series with the lamp, which is therefore optionally provided in addition to the switches of the half-bridge inverter.
  • This linear regulator can be arranged on the low potential side of the lamp, which simplifies the drive.
  • the linear regulator may, for example, be a MOSFET or a bipolar transistor.
  • the linear regulator can also be arranged on the high-potential side of the lamp, in which he this case is preferably controlled by means of a high-voltage driver of the control unit.
  • the linear regulator in particular if it is arranged on the high-potential side of the lamp, can be switched in such a way that it is not flowed through by the high-frequency bipolar lamp current (for example, by the half-bridge inverter) during operation of the lamp.
  • the control unit can be designed to cause the lamp to be ignited by high-frequency control of an inverter (resonance ignition), regardless of the value of an applied dimming command.
  • the invention also relates, according to a further aspect, to an electronic ballast which, above a defined dimming level, carries out the lamp power by regulating the frequency of a high-frequency bipolar lamp current. Below the defined
  • the lamp power control is preferably carried out by setting the RMS value (amplitude and / or duty ratio) of a unipolar DC lamp current, which optionally a ripple (high-frequency current) can be superimposed.
  • Another aspect of the invention relates to an electronic control unit, which may be, for example, a microcontroller and / or an ASIC, and which is adapted for use in a ballast of the kind set forth above.
  • the invention also relates to methods of operating a dimmable electronic ballast.
  • 1 shows a schematic view of a dimmable electronic ballast
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the present invention in a
  • Fig. 3 shows another
  • Fig. 4 shows a third
  • Fig. 5 shows a fourth
  • Embodiment of the present invention in a detailed view.
  • a ballast is usually operated with mains voltage.
  • the operation may also be provided with a DC voltage, which is provided, for example, by a battery.
  • V AC this voltage is usually rectified by a block 1 and optionally RF-filtered.
  • the invention is equally applicable to DC powered ballasts.
  • the rectified AC voltage is then converted by a DC link circuit 2 to a suitable bus voltage V BUS , which is usually at a higher level than the rectified AC voltage V AC .
  • V BUS bus voltage
  • the bus voltage is a few hundred volts.
  • the DC link circuit 2 can have other functions, such as ensuring a sinusoidal current consumption (power factor correction, PFC) stabilization of the bus voltage V bus by regulation, a limitation of the reflected back into the network harmonics (THD), etc.
  • PFC power factor correction
  • the bus voltage V bus is then converted by an inverter 3, which is formed by a half-bridge with two series-connected circuit breakers, into a preferably high-frequency operating voltage V HF for a resonant circuit 4, to which the lamp is preferably connected in parallel.
  • the high frequency voltage V HF is preferably tapped at the midpoint of a half-bridge inverter 3.
  • the operation of the ballast may be dictated by one or more electronic control and / or regulating units.
  • electronic control and / or regulating units For the sake of simplicity, only a single electronic control and / or regulating unit 5 is provided in FIG. This electronic control and / or regulating unit 5 can be fed back various parameters from the area of the applied mains voltage, the area of the intermediate circuit, the area of the inverter and / or the area of the load or resonant circuit and the lamp.
  • control and / or regulating unit 5 is able to receive external or internal dimming values, for example via an interface 6.
  • dimming values can be supplied, for example, via a connected bus line, which can be a digital bus according to the industry standard DALI, for example.
  • dimming values can be supplied to the control and / or regulating unit, which represent a setpoint for the lamp power to be set.
  • Lamp power in the normal case, i. at high or moderate Dimm tone, the switching frequency f of the switches of the half-bridge inverter 3 can be selected.
  • a feedback variable which represents the actual lamp power, for example, the lamp current and / or the lamp voltage can be selected.
  • such a control loop usually operates reliably at full light output (100%) of the lamp as well as at moderate dimming values.
  • FIGS. 2 to 5 preferred embodiments according to the invention will now be described, which represent all possibilities of how the lamp can be operated in low-dimming levels in at least one further operating mode in addition to the above-described operating mode with a high-frequency bipolar current.
  • FIGS. 2 to 5 only a section of an electronic ballast according to the invention is shown, namely the region of the inverter, the resonant circuit with the lamp and the electronic control and / or regulating unit.
  • Coupling capacitor C2 in particular a high-frequency current can be passed to the lamp.
  • a detection resistor R3 is provided, by means of which a lamp current I LamPe reproducing signal to the control and control unit 5 can be returned.
  • This feedback signal i La mp e is only one way, a signal reproducing the lamp power or more such signals as feedback signal to the control and control unit 5 to lead.
  • the regulating and control unit 5 is, as already described with reference to FIG. 1, designed to receive dimming value signals, which thus represent nominal values for the lamp power.
  • control and control unit 5 As a control variable, the control and control unit 5 according to a control algorithm implemented in it, which compares the actual power of the lamp with the predetermined setpoint (Dimmwert), in the form of switching signals for the switches Ml, M2 of the half-bridge inverter. Optionally, it may be necessary to provide a separate high voltage driver (HV driver) for the potential higher switch Ml.
  • HV driver high voltage driver
  • the circuit shown in Figures 2 to 5 is thus able to supply a high-frequency current of the lamp by a high-frequency alternating activation of the switches Ml, M2 via the coupling capacitor C2.
  • the power control takes place via the switching frequency f.
  • the regulation and control unit 5 is now designed to control the lamp in a different operating mode from the above-described normal operation at higher dimming levels, when the predetermined dimming Setpoint below one of the control and control unit 5 predetermined threshold falls below.
  • this further operating mode at very low dimming values of, for example, less than 1%, no high-frequency bipolar current flows through the lamp, since this may cause problems with respect to detection at very low signal strengths.
  • a switch is made to a PWM operation.
  • the control and control unit 5 controls the high potential driver with PWM signals, so that accordingly the switch Ml is clocked with specified by the control and control unit 5 duty cycle.
  • the potential low switch M2 is preferably disabled by the control and control unit 5 in this mode.
  • the switch Ml is thus clocked in the manner of a switching regulator, and more specifically in the manner of a buck converter, wherein the duty cycle and / or the clocking determines the effective value (RMS value) of the current through the lamp.
  • the power control of the lamp thus takes place in this case by the control of the effective value of the current flowing through the lamp, this effective value is a function of the duty cycle and the maximum amplitude.
  • the control unit 5 determines that the RMS value of the RF current flowing through the lamp just above the threshold is exactly equal to the value that after switching to the further operation by the clocked DC power is generated.
  • this circuit also allows a start (ignition) of the lamp to a very low dimming value, for example, 0.1%.
  • a half-bridge operation (mutual activation of the switches Ml, M2) is first controlled and then the frequency is continuously reduced in the direction of the resonant frequency of the load circuit.
  • the control and control unit 5 detects, for example, based on the lamp current.
  • the control and control unit 5 switches from the half-bridge operation back to the PWM mode and regulates the lamp power to the dimming value of, for example, 0.1%.
  • FIG. 3 now shows an exemplary embodiment in which the control and / or control unit 5 actuates the following operating mode when a low dimming value is applied:
  • a transistor (rich or bipolar) M3 is connected in series with the lamp. More specifically, in the embodiment of Figure 3, the transistor is connected to the low potential side of the lamp and is now driven by the control and / or control unit 5 in the manner of a linear regulator during operation of the lamp with low dimming values.
  • a current iL a mp e / the amplitude of the driving of the linear regulator M3 depends.
  • the DC coupling resistor Rl is connected between the high potential electrode of the lamp and the bus or intermediate circuit voltage V Bus .
  • the inverter Ml, M2 has no function in this operating mode, as shown in FIG. 3, and can optionally be switched off.
  • a normal half-bridge operation can be triggered to ignite the I lamp by the control and control unit 5, and after the detection of the ignition of the lamp, the controller is immediately switched to the longitudinal controller control.
  • the lamp current in the embodiment of Figure 3 is to be referred to as a pure DC current.
  • the half-bridge circuit Ml, Ml can be switched off during operation of the lamp at low dimming values, since a transistor M3 is provided as a linear regulator.
  • the transistor M3 (again MOSFET or bipolar transistor) is connected to the bus voltage V bus on the high potential side of the lamp.
  • the transistor M3 is in turn driven by the control and control unit 5 operated as a linear regulator.
  • a high-voltage driver 6 with a further transistor M4 and a voltage divider R4, R5 is provided for driving the linear regulator M3 on the high-potential side of the lamp.
  • the linear regulator M3 is in the embodiment of Figure 4 (in contrast to the linear regulator of Figure 3) connected such that it does not depend on this HF when operating the lamp by driving the inverter Ml, M2 for generating a high-frequency bipolar current through the lamp. Current is flowed through, resulting in lower Ohmic losses of the circuit.
  • FIG. 5 a further embodiment of the invention is shown in Figure 5, operated in the operation of the lamp with low dimming the potential higher switch Ml of the inverter Ml, M2 as a linear regulator.
  • the transistor M1 may in turn be a MOSFET or a bipolar transistor.
  • the potential lower switch M2 is preferably switched off in the operating mode at low dimming levels.
  • the invention proposes a cost-effective solution, as can be switched while maintaining the half-bridge arrangement (for higher dimming level) at low dimming levels of the operating mode of the frequency-controlled RF operation to another mode, such as the PWM mode or linear operation.
  • another mode such as the PWM mode or linear operation.
  • Operation at low dimming levels may deviate from continuous mode (firing mode) during ignition operation.

Landscapes

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

Abstract

Ein dimmbares Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen weist auf : - eine elektronische Steuereinheit (5), die dazu ausgelegt ist, selektiv den Betrieb einer angeschlossenen Lampe gemäss wenigstens den folgenden Betriebsarten anzusteuern: a. ) oberhalb eines definierten Dimmpegels, Betrieb der Lampe mit einem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom, und b. ) unterhalb des definierten Dimmpegels, Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom, dem ggf. ein hochfrequenter Strom überlagert ist.

Description

Diππnbares elektronisches Vorschaltgerät
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf dimmbare elektronische Vorschaltgeräte beispielsweise für Gasentladungslampen, auf elektronische Steuereinheiten für ein derartiges dimmbares elektronisches Vorschaltgerät sowie auf zugehörige Betriebsverfahren für dimmbare elektronische Vorschaltgeräte.
Bei dimmbaren Vorschaltgeräten ist es problematisch, die untere Grenze des Dimmbereichs auf beispielsweise unter 1% Dimmwert zu legen. Ursache für diese Problematik ist, dass die Detektion der hochfrequenten AC-Signale (Lampenstrom, Lampenspannung) für die Leistungsregelung der Lampe sehr aufwendig ist, da ja die Erfassung der rückgeführten AC- Signale auf einen sehr großen Bereich ausgelegt werden muss .
EP 1 330 945 Bl zeigt ein Vorschaltgerät mit einem Vollbrückenbetrieb mit Linearregler.
AT 392 384 B zeigt einen niederfrequenten Rechteckbetrieb mittels Halbbrücke oder Vollbrücke.
WO 2004/010742 zeigt einen niederfrequenten Rechteckbetrieb mittels Halbbrücke.
DE 103 53 425 Al zeigt einen Vollbrückenbetrieb mit geschaltetem Schaltregler. Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen stabilen Lampenbetrieb im Bereich niedriger Dimmwerte bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst . Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Generell sieht die Erfindung vor, dass die Lampe abhängig davon, ob die einzustellende Leistung oberhalb bzw. unterhalb eines definierten Dimmpegels liegt, mit einer speziell abgestimmten Betriebsweise betrieben wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher ein dimmbares elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen vorgesehen. Das Vorschaltgerät weist eine elektronische Steuereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, selektiv den Betrieb einer angeschlossenen Lampe abhängig davon anzusteuern, ob der aktuelle Dimmpegel oberhalb bzw. eines unterhalb eines definierten Dimmpegels liegt .
Oberhalb eines definierten Dimmpegels wird die Lampe mit einem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom betrieben, der beispielsweise mittels eines Halbbrücken-Wechselrichters erzeugt werden kann.
Unterhalb des definierten Dimmpegels wird die Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom betrieben, dem ebenfalls ein hochfrequenter Strom überlagert ist.
Bei dem Betrieb der Lampe mit dem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom bei höheren Dimmpegeln erfolgt vorzugsweise eine Leistungsregelung der Lampe mittels Ansteuerung der HF-Frequenz beispielsweise des Halbbrücken- Wechselrichters .
Bei Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom erfolgt die Leistungsregelung der Lampe vorzugsweise über die Ansteuerung des Effektivwerts des Lampenstroms. Der Effektivwert des Lampenstroms kann durch die Amplitude des unipolaren DC-Lampenstroms und/oder über das Tastverhältnis eines getakteten unipolaren DC-Lampenstroms eingestellt werden. Dazu kann der unipolare DC-Lampenstrom PWM-moduliert sein.
Beim Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom kann die Steuereinheit einen Hochpotential -Transistor eines Halbbrücken-Wechselrichters in einem Linearregler- Modus ansteuern. Somit wird in diesem Fall die Leistungsregelung über Regelung der Amplitude des DC- Lampenstroms geregelt .
Bei Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom kann die Steuereinheit die Lampe auch mittels eines in Serie zu der Lampe geschalteten Linearreglers ansteuern, der also gegebenenfalls zusätzlich zu den Schaltern des Halbbrückenwechselrichters vorgesehen ist .
Dieser Linearregler kann auf der Niederpotentialseite der Lampe angeordnet sein, was die Ansteuerung vereinfacht.
Der Linearregler kann bspw. ein MOSFET oder ein Bipolartransistor sein.
Andererseits kann der Linearregler auch auf der Hochpotentialseite der Lampe angeordnet sein, wobei er in diesem Fall bevorzugt mittels eines Hochspannungstreibers von der Steuereinheit angesteuert ist.
Der Linearregler kann insbesondere dann, wenn er auf der Hochpotentialseite der Lampe angeordnet ist, derart geschaltet sein, dass er beim Betrieb der Lampe mit dem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom (beispielsweise vom Halbbrückenwechselrichter) von diesem nicht durchflössen ist.
Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt ist, unabhängig von dem Wert eines anliegenden Dimmbefehls das Zünden der Lampe durch hochfrequente Ansteuerung eines Wechselrichters zu veranlassen (Resonanzzünden) .
Die Erfindung bezieht sich gemäß einem weiteren Aspekt auch auf ein elektronisches Vorschaltgerät , das oberhalb eines definierten Dimmpegels die Lampenleistung durch Regelung der Frequenz eines hochfrequenten bipolaren Lampenstroms ausführt . Unterhalb des definierten
Dimmpegels erfolgt die Lampenleistungsregelung bevorzugt durch Einstellung des Effektivwerts (Amplitude und/oder Tastverhältnis) eines unipolaren DC-Lampenstroms, dem gegebenenfalls ein Rippel (hochfrequenter Strom) überlagert sein kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Steuereinheit, die beispielsweise ein MikroController und/ein ASIC sein kann, und die zur Verwendung in einem Vorschaltgerät der oben angeführten Art ausgebildet ist. Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräts .
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen der begleitenden Figuren näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräts ,
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer
Detailansicht ,
Fig. 3 zeigt ein weiteres
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Detailansicht,
Fig. 4 zeigt ein drittes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Detailansicht, und
Fig. 5 zeigt ein viertes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Detailansicht.
Wie in Fig. 1 ersichtlich wird ein Vorschaltgerät üblicherweise mit Netzspannung betrieben. Beispielsweise im Fall einer Notbeleuchtung kann indessen auch der Betrieb mit einer Gleichspannung vorgesehen sein, die bspw. von einer Batterie bereitgestellt wird. Im Fall des Betriebs mit der Netzspannung VAC wird üblicherweise diese Spannung durch einen Block 1 gleichgerichtet und gegebenenfalls HF-gefiltert .
Die Erfindung lässt sich indessen gleichermassen auf DC- gespeiste Vorschaltgeräte anwenden.
Die gleichgerichtete Wechselspannung wird dann durch einen Zwischenkreisschaltung 2 auf eine geeignete Busspannung VBUS umgesetzt, die üblicherweise auf einem höheren Niveau liegt als die gleichgerichtete Wechselspannung VAC. Üblicherweise beträgt die Busspannung einige hundert Volt.
Die Zwischenkreisschaltung 2 kann weitere Funktionen aufweisen, wie beispielsweise die Sicherstellung einer sinusförmigen Stromaufnahme (Leistungsfaktorkorrektur, PFC) eine Stabilisierung der Busspannung VBus durch Regelung, eine Beschränkung der in das Netz zurückgestrahlten Oberwellen (THD) etc.
Die Busspannung VBus wird dann durch einen Wechselrichter 3, der durch eine Halbbrücke mit zwei in Serie geschalteten Leistungsschaltern gebildet ist, in eine bevorzugt hochfrequente Betriebsspannung VHF für einen Resonanzkreis 4 umgesetzt, zu dem die Lampe bevorzugt parallel geschaltet ist. Die Hochfrequenzspannung VHF wird bevorzugt am Mittenpunkt eines Halbbrücken-Wechselrichters 3 abgegriffen.
Der Betrieb des Vorschaltgeräts kann durch eine oder mehrere elektronische Steuer- und/oder Regeleinheiten vorgegeben werden. Der Einfachheit halber ist in Fig. 1 nur eine einzige elektronische Steuer- und/oder Regeleinheit 5 vorgesehen. Dieser elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit 5 können verschiedene Parameter aus dem Bereich der anliegenden Netzspannung, dem Bereich des Zwischenkreises, dem Bereich des Wechselrichters und/oder dem Bereich des Last- oder Resonanzkreises und der Lampe zurückgeführt werden.
Weiterhin ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 5 in der Lage, beispielsweise über eine Schnittstelle 6 externe oder interne Dimmwerte zu empfangen. Diese Dimmwerte können beispielsweise über eine angeschlossene Busleitung zugeführt werden, die beispielsweise ein Digitalbus gemäß dem Industrie-Standard DALI sein kann.
Auf jeden Fall sind der Steuer- und/oder Regeleinheit Dimmwerte zuführbar, die einen Sollwert für die einzustellende Lampenleistung darstellen.
Als typische Stellgröße für die Einstellung der
Lampenleistung im Normalfall, d.h. bei hohen oder moderaten Dimmwerten, kann die Schaltfrequenz f der Schalter des Halbbrücken-Wechselrichters 3 gewählt werden. Als Rückführgröße, die die Ist-Lampenleistung wiedergibt, kann beispielsweise der Lampenstrom und/oder die Lampenspannung gewählt werden.
Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, arbeitet ein derartiger Regelkreis bei voller Lichtleistung (100%) der Lampe sowie auch bei moderaten Dimmwerten üblicherweise zuverlässig.
Komplizierter ist indessen der Betrieb bei deutlich reduziertem Dimmbetrieb, wobei ein typischer Schwellenwert ein Dimmwert von beispielsweise 1% ist. Bei derartigen Dimmwerten ist die Lampenleistung sehr gering, so dass entsprechend auch das die Lampenleistung wiedergebende Rückführsignal sehr gering ist, was die Auswertung im Regelkreis erschwert .
Bezugnehmend auf die Figuren 2 bis 5 sollen nunmehr bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen dargelegt werden, die sämtliche Möglichkeiten darstellen, wie die Lampe neben der oben geschilderten Betriebsart mit einem hochfrequenten bipolaren Strom auch in wenigstens einer weiteren Betriebsart bei niedrigen Dimmpegeln betreibbar ist.
In Figuren 2 bis 5 ist sämtlich nur ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen EVGs dargestellt, nämlich der Bereich des Wechselrichters, des Resonanzkreis mit der Lampe sowie der elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit.
Sämtliche Ausführungsbeispiele wie in den Figuren 2 bis 5 dargestellt, zeigen einen Halbbrücken-Wechselrichter mit zwei in Serie geschalteten Schaltern Ml, M2 , die bevorzugt als MOSFETs ausgebildet sind. Der potential höhere Schalter Ml wird mit der Busspannung VBus versorgt. Am Mittenpunkt der beiden Schalter Ml, M2 wird die Spannung zur Versorgung der Lampe abgegriffen. Dabei ist an diesem Mittenpunkt ein Resonanzkreis bestehend aus einer Induktivität Ll und einem Kondensator Cl vorgesehen. Mit diesem Resonanzkreis Ll, Cl ist die Lampe über einen Koppelkondensator C2 verbunden, wobei also über diesen
Koppelkondensator C2 insbesondere ein hochfrequenter Strom zur Lampe geführt werden kann. Auf der potentialniedrigeren Seite der Lampe ist ein Erfassungswiderstand R3 vorgesehen, mittels dem ein den Lampenstrom ILamPe wiedergebendes Signal zu der Regel- und Steuereinheit 5 zurückgeführt werden kann. Dieses Rückführsignal iLampe ist nur eine Möglichkeit, ein die Lampenleistung wiedergebendes Signal bzw. mehrere derartige Signale als Rückführsignal zu der Regel- und Steuereinheit 5 zu führen.
Die Regel- und Steuereinheit 5 ist wie bereits bezugnehmend auf Fig. 1 geschildert dazu ausgebildet, Dimmwertsignale zugeführt zu bekommen, die also Sollwerte für die Lampenleistung darstellen.
Als Steuergröße gibt die Regel- und Steuereinheit 5 gemäß einem in ihr implementierten Regelalgorithmus, der die Ist-Leistung der Lampe mit dem vorgegebenen Sollwert (Dimmwert) vergleicht, in Form von Schaltsignalen für die Schalter Ml, M2 des Halbbrückenwechselrichters vor. Gegebenenfalls kann es notwendig sein, für den potential höheren Schalter Ml einen gesonderten Hochspannungstreiber (HV-Treiber) vorzusehen.
Aufgrund der oben geschilderten Bauteile ist die in Figuren 2 bis 5 gezeigte Schaltung somit in der Lage, durch eine hochfrequente wechselweise Ansteuerung der Schalter Ml, M2 über den Koppelkondensator C2 einen hochfrequenten Strom der Lampe zuzuführen. Die Leistungsregelung erfolgt über die Schaltfrequenz f.
Die Regel- und Steuereinheit 5 ist nunmehr dazu ausgelegt, die Lampe in einer von dem oben geschilderten Normalbetrieb bei höheren Dimmpegeln unterschiedlichen Betriebsart anzusteuern, wenn der vorgegebene Dimm- Sollwert unter einem der Regel- und Steuereinheit 5 vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Generell ist es dabei die Idee der Erfindung, dass in dieser weiteren Betriebsart bei sehr niedrigen Dimmwerten von beispielsweise unter 1% kein hochfrequenter bipolarer Strom durch die Lampe fließt, da dieser bezüglich der Erfassung bei sehr niedrigen Signalstärken gegebenenfalls Probleme bereiten kann.
In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird in der weiteren Betriebsart, also bei sehr niedrigen Dimmwerten, auf einen PWM-Betrieb umgeschaltet. Bei dieser Betriebsweise steuert die Regel- und Steuereinheit 5 den Hochpotentialtreiber mit PWM-Signalen an, so dass dementsprechend der Schalter Ml mit durch die Regel- und Steuereinheit 5 vorgegebenen Tastverhältnis getaktet wird. Der potential niedrige Schalter M2 wird durch die Regel- und Steuereinheit 5 in dieser Betriebsart vorzugsweise gesperrt.
Da ein DC-Koppelwiderstand Rl (Ohmsche Widerstand) parallel zu dem Kondensator C2 vorgesehen ist, kann somit ein PWM-modulierter Gleichstrom durch die Lampe fließen, wobei dieser DC-Lampenstrom dann als Rückführsignal leichter auswertbar ist.
Der Schalter Ml wird somit in der Art eines Schaltreglers, und genauer gesagt in der Art eines Tiefsetzstellers getaktet, wobei das Tastverhältnis und/oder die Taktung den Effektivwert (RMS-Wert) des Stroms durch die Lampe bestimmt. Die Leistungssteuerung der Lampe erfolgt also in diesem Fall durch die Ansteuerung des Effektivwerts des durch die Lampe fließenden Stroms, wobei dieser Effektivwert eine Funktion des Tastverhältnisses sowie der maximalen Amplitude ist. Bei einem kontinuierlichen Dimmen von einem höheren Dimmpegel hin zu diesem Schwellenwert und dann unterhalb des Schwellenwerts wird durch die Regel- und Steuereinheit 5 festgelegt, dass der RMS-Wert des gerade oberhalb des Schwellenwerts durch die Lampe fließenden HF-Stroms genau dem Wert entspricht, der nach dem Umschalten auf die weitere Betriebsweise durch den getakteten DC-Strom entsteht. Somit kann trotz der Umstellung der Betriebsart von HF-Strom auf getakteten DC-Strom durch die Lampe ein nahtloser Übergang des Dimmverhaltens ohne Sprünge in der Lichtleistung gewährleistet werden.
Im übrigen ermöglicht diese Schaltungsanordnung auch einen Start (Zünden) der Lampe auf einen sehr niedrigen Dimmwert von beispielsweise 0,1%. Dabei wird zum Erreichen der Zündspannung zuerst ein Halbbrückenbetrieb (wechselseitige Ansteuerung der Schalter Ml, M2) angesteuert und dann die Frequenz laufend in Richtung der Resonanzfrequenz des Lastkreises verringert. Beim Erreichen der Zündspannung kommt es zum Zünden der Lampe, was die Regel- und Steuereinheit 5 beispielsweise anhand des Lampenstroms erkennt. Unmittelbar nach Zünden schaltet die Regel- und Steuereinheit 5 von dem Halbbrückenbetrieb wieder auf den PWM-Betrieb um und regelt die Lampenleistung auf den Dimmwert von beispielsweise 0,1%.
Somit kann, auch wenn von außen ein sehr niedriger Dimmwert unterhalb des Dimmpegels gefordert wird, zum Zünden die Halbbrücken-Betriebsweise verwendet werden, wobei unmittelbar nach dem Zünden auf die weitere Betriebsweise umgeschaltet wird, die also vom Halbbrückenbetrieb abweicht. Figur 3 zeigt nunmehr ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Regel- und/oder Steuereinheit 5 bei Anliegen eines niedrigen Dimmwerts folgende Betriebsart anstellt: Wie aus Figur 3 ersichtlich ist in diesem Fall ein Transistor (fett oder bipolar) M3 in Serie zu der Lampe geschaltet. Genauer gesagt ist in dem Ausführungsbeispiel von Figur 3 der Transistor auf der Niederpotentialseite der Lampe angeschlossen und wird nunmehr beim Betrieb der Lampe mit niedrigen Dimmwerten von der Regel- und/oder Steuereinheit 5 in der Art eines Linearreglers angesteuert. Somit fließt durch die Lampe ein Strom iLampe/ dessen Amplitude von der Ansteuerung des Linearreglers M3 abhängt . In diesem Ausführungsbeispiel ist der DC-Einkoppelwiderstand Rl zwischen der Hochpotentialelektrode der Lampe und der Bus- oder Zwischenkreisspannung VBus geschaltet.
Der Wechselrichter Ml, M2 hat in dieser Betriebsart wie in Figur 3 gezeigt keine Funktion und kann gegebenenfalls abgeschaltet werden.
Auch bei dieser Ausführungsform kann zum Zünden der ILampe von der Regel- und Steuereinheit 5 wie bereits bezugnehmend auf Figur 2 beschrieben ein normaler Halbbrückbetrieb angesteuert werden, wobei nach der Erkennung des Zündens der Lampe sofort auf die Längsregler-Ansteuerung umgeschaltet wird.
Während bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 ein getakteter Strom durch die Lampe fließt, ist der Lampenstrom bei Ausführungsbeispiel von Figur 3 als reiner DC-Strom zu bezeichnen.
Bezugnehmend auf Figur 4 soll nunmehr ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Betriebsweise der Lampe bei niedrigen Dimmpegeln erläutert werden. Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Halbbrückenschaltung Ml, Ml beim Betrieb der Lampe bei niedrigen Dimmwerten abgeschaltet werden, da ein Transistor M3 als Linearregler vorgesehen ist. Allerdings ist in diesem Fall der Transistor M3 (wiederum MOSFET oder bipolarer Transistor) auf der Hochpotentialseite der Lampe mit der Busspannung VBus verbunden. Der Transistor M3 wird wiederum angesteuert durch die Regel- und Steuereinheit 5 als Linearregler betrieben. Allerdings ist im Unterschied zu Figur 3 zur Ansteuerung des Linearreglers M3 auf der Hochpotentialseite der Lampe ein Hochspannungstreiber 6 mit einem weiteren Transistor M4 sowie einem Spannungsteiler R4 , R5 vorgesehen.
Der Linearregler M3 ist in dem Ausführungsbeispiel von Figur 4 (im Gegensatz zu dem Linearregler von Figur 3) derart verschaltet, dass er beim Betrieb der Lampe durch Ansteuerung des Wechselrichters Ml, M2 zur Erzeugung eines hochfrequenten bipolaren Stroms durch die Lampe nicht von diesem HF-Strom durchflössen wird, was zu geringeren Ohmschen Verlusten der Schaltung führt .
Schließlich ist in Figur 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der beim Betrieb der Lampe mit niedrigen Dimmwerten der potential höhere Schalter Ml des Wechselrichters Ml, M2 als Linearregler betrieben. Der Transistor Ml kann dabei wiederum ein MOSFET oder ein bipolarer Transistor sein. Der potential niedrigere Schalter M2 ist in der Betriebsart bei niedrigen Dimmpegeln bevorzugt abgeschaltet.
Wiederum ist ein Ohmscher Widerstand Rl als Einkoppelwiderstand parallel zu den Koppelkondensator C2 für die HF-Ströme geschaltet. Bei dieser Betriebsart wird der Lampe bei niedrigen Dimmwerten wiederum ein reiner Gleichstrom zugeführt.
Zusammenfassend schlägt also die Erfindung eine kostengünstige Lösung vor, wie unter Beibehaltung der Halbbrückenanordnung (für höhere Dimmpegel) bei niedrigen Dimmpegeln der Betriebsmodus vom frequenzgesteuerten HF- Betrieb auf eine andere Betriebsweise, wie beispielsweise den PWM-Betrieb oder den Linearbetrieb umgeschaltet werden kann. Somit wird eine exakte Leistungsregelung und ein stabiler Lampenbetrieb auch bei sehr niedrigen Dimmleveln (unterhalb von 1%) ermöglicht.
Da für hohe Dimmpegel der HF-Betrieb beibehalten wird, kann eine relativ hohe Lampenleistung erzielt werden, wohingegen durch die weitere Betriebsart bei niedrigen Dimmpegeln dort eine exakte Regelung möglich ist.
Die Betriebsweise bei niedrigen Dimmpegeln kann während des Zündbetriebs von dem Dauerbetriebsmodus (Brennmodus) abweichen.

Claims

Ansprüche
1. Dimmbares Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, aufweisend eine elektronische Steuereinheit (5) , die dazu ausgelegt ist, selektiv den Brennbetrieb einer angeschlossenen Lampe gemäss wenigstens den folgenden Betriebsarten anzusteuern: a.) oberhalb eines definierten Dimmpegels, Betrieb der Lampe mit einem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom, und b.) unterhalb des definierten Dimmpegels, Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom, dem ggf. ein hochfrequenter Strom überlagert ist.
2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei bei Betrieb der Lampe mit einem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom dieser mittels eines Halbbrücken-Wechselrichters bereitgestellt wird.
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei Betrieb der Lampe mit einem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom eine Leistungsregelung der Lampe mittels Ansteuerung der HF-Frequenz erfolgt.
4. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei bei Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC- Lampenstrom eine Leistungsregelung der Lampe über die Ansteuerung des Effektivwerts des Lampenstrom erfolgt .
5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, wobei bei Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC- Lampenstrom der DC-Lampenstrom PWM-moduliert ist.
6. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC- Lampenstrom die Steuereinheit (5) einen
Hochpotential -Schalter der eines Halbbrücken- Wechselrichters in einem Linerarregler-Modus ansteuert .
7. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC- Lampenstrom die Steuereinheit (5) einen mit der Lampe in Serie geschalteten Linearregler ansteuert.
8. Vorschaltgerät nach Anspruch 7, wobei der Linearregler auf der Niederpotentialseite der Lampe angeordnet ist.
9. Vorschaltgerät nach Anspruch 7, wobei der Linearregler auf der Hochpotentialseite der Lampe angeordnet ist und von der Steuereinheit (5) durch einen Hochspannungstreiber angesteuert ist.
10. Vorschaltgerät nach Anspruch 8 oder 9, dass der Linearregler derart angeordnet ist, dass bei Betrieb der Lamp mit dem hochfrequenten bipolaren Lampenstrom nicht von diesem durchflössen ist.
11. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem die Steuereinheit (5) dazu ausgelegt ist, unabhängig von dem Wert eines anliegenden Dimmbefehls das Zünden der Lampe durch hochfrequente Ansteuerung eines Wechselrichters zu veranlassen.
12. Dimmbares Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, aufweisend eine elektronische Steuereinheit (5) , die dazu ausgelegt ist, selektiv die Leistung einer brennenden angeschlossenen Lampe gemäss wenigstens den folgenden Betriebsarten anzusteuern: a.) oberhalb eines definierten Dimmpegels, Regelung der Lampenleistung durch Einstellung der Frequenz eines hochfrequenten bipolaren Lampenstrom, und b.) unterhalb des definierten Dimmpegels, Regelung der Lampenleistung durch Einstellung des Effektivwerts eines unipolaren DC-Lampenstroms, dem ggf- ein hochfrequenter Strom überlagert ist.
13. Elektronische Steuereinheit (5), die zu Verwendung im einem Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
14. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, aufweisend eine elektronische Steuereinheit (5) , die selektiv den Betrieb einer angeschlossenen Lampe gemäss wenigstens den folgenden Betriebsarten ansteuert : a.) oberhalb eines definierten Dimmpegels, Betrieb der Lampe mit einer hochfrequenten bipolaren Lampenstrom, und b.) unterhalb des definierten Dimmpegels, Betrieb der Lampe mit einem unipolaren DC-Lampenstrom, dem ggf. ein hochfrequenter Strom überlagert ist.
15. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, aufweisend eine elektronische Steuereinheit (5) , die selektiv die Leistung einer angeschlossenen Lampe gemäss wenigstens den folgenden Betriebsarten ansteuert : a.) oberhalb eines definierten Dimmpegels, Regelung der Lampenleistung durch Einstellung der Frequenz eines hochfrequenten bipolaren Lampenstrom, und b.) unterhalb des definierten Dimmpegels, Regelung der Lampenleistung durch Einstellung des
Effektivwerts eines unipolaren DC-Lampenstroms, dem ggf . ein hochfrequenter Strom überlagert ist .
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