EP2132965A1 - Schaltung zur wendelheizung - Google Patents

Schaltung zur wendelheizung

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Publication number
EP2132965A1
EP2132965A1 EP08707262A EP08707262A EP2132965A1 EP 2132965 A1 EP2132965 A1 EP 2132965A1 EP 08707262 A EP08707262 A EP 08707262A EP 08707262 A EP08707262 A EP 08707262A EP 2132965 A1 EP2132965 A1 EP 2132965A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
coil
circuit
filament
switch
Prior art date
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Granted
Application number
EP08707262A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2132965B1 (de
Inventor
Oliver Wynnyczenko
Dirk Dworatzek
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
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Tridonicatco GmbH and Co KG filed Critical Tridonicatco GmbH and Co KG
Publication of EP2132965A1 publication Critical patent/EP2132965A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2132965B1 publication Critical patent/EP2132965B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/295—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 and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2988—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

Definitions

  • the present invention relates to circuits for
  • ECGs ECGs
  • ECGs electronic ballasts
  • Wendel carvingscen which are connected by means of a coupling element with a primary side, which is supplied with power.
  • the heating energy can be coupled transformer, capacitive, etc. in the primary circuit, which in turn is connected to the coils.
  • a coil heater for fluorescent lamps according to the flyback principle is known for example from US 5,703,441.
  • This document seeks to solve the above-mentioned problem of overheating by the flyback converter can be operated in a fault mode with reduced power compared to the normal mode. Accordingly, a monitoring circuit is provided to detect the voltage of the secondary side of the coupling element. Upon detection of an out-of-standard voltage the fault mode is triggered and the heating power is reduced accordingly.
  • a gas discharge lamp for example a fluorescent lamp
  • a circuit for heating at least one coil is one
  • Gas discharge lamp provided.
  • the circuit has a coupling element, the heating energy of a with
  • Voltage supplied primary side transmits to a secondary side, which in turn is connected to at least one coil to be heated.
  • the transmission of heating energy is usually carried out under galvanic isolation.
  • the circuit is designed, as soon as the filament voltage reaches a desired value, to gradually reduce the heating power transmitted to the filament until the filament voltage drops below the nominal value.
  • a monitoring circuit for detecting the filament voltage is additionally provided in the heating circuit.
  • the heating circuit according to the invention is no longer a single fixed error mode is provided, as in the state of
  • the coupling element is preferably clocked on the primary side by means of a switch whose switching frequency and / or duty cycle can be modified.
  • the heating circuit for heating the coil is preferably designed to reduce the transmitted heating power by gradually decreasing the switching frequency of the switch.
  • the transmitted heating power can be reduced by gradually reducing the on-time of the switch.
  • the heating circuit may include a controller for setting the target value.
  • the heating circuit has means for lamp type detection or filament detection, wherein the controller can define the desired value as a function of the type of lamp type or filament detection.
  • a comparator may be provided for comparing the filament voltage with the set point.
  • Different reference voltages can be connected to the setpoint input of the comparator.
  • the monitoring circuit of the heating circuit may also comprise an analog-to-digital converter.
  • the coupling element for transmitting the heating power can be designed as a flyback converter.
  • the invention further relates to a control device for lamps with such a circuit.
  • an electronic ballast for fluorescent lamps is provided with a circuit for heating at least one filament of a gas discharge lamp.
  • the circuit has a coupling element which transmits heating energy from a primary side, which is supplied with voltage, to a secondary side, which in turn is connected to at least one coil to be heated.
  • a monitoring circuit serves to detect the filament voltage. As soon as the filament voltage reaches a setpoint value, the voltage transmitted to the filament is transferred Heat output gradually reduced until the filament voltage drops below the setpoint.
  • a method for heating at least one filament of a gas discharge lamp is provided. Heating energy for the coil is transmitted from a primary side, which is supplied with power, to a secondary side, which is connected to the coil to be heated. At the same time the filament tension is detected. As soon as the filament voltage reaches a setpoint, the heating power transmitted to the filament is gradually reduced until the filament voltage drops below the setpoint.
  • the primary side is preferably clocked by means of a switch whose switching frequency and / or duty cycle is modified.
  • the transmitted heating power can be reduced by gradually decreasing the switching frequency of the switch.
  • the transmitted heating power can be reduced by gradually reducing the on-time of the switch.
  • the setpoint can be set as a function of a lamp type detection or coil detection.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a heating circuit according to the invention
  • Fig. 3 shows schematically a further embodiment of the heating circuit according to the invention.
  • Fig. 4 shows the timing of the helical voltage according to the present invention.
  • the heating circuit shown in Fig. 1 is used to provide electrical energy for coils 5, 6 a
  • Gas discharge lamp such as a
  • Fluorescent lamp The energy is transmitted from a primary side of a coupling element, which is supplied with voltage, toward a secondary side of the coupling element, wherein the secondary side with at least one
  • the coupling element is designed as a clocked flyback converter 1.
  • the primary side of the flyback converter 1 has a voltage supply and a primary coil 2 connected in series with a switch 12.
  • the voltage supply is a DC voltage supply, so that, for example, the intermediate circuit voltage or bus voltage V bus that is usually regulated by a smoothing circuit (PFC, Power Factor Correction Circuit) can be used in an electronic ballast.
  • PFC Power Factor Correction Circuit
  • Other primary-side DC or AC supply voltages eg mains voltage, but a rectifier must be connected to connect an AC voltage
  • mains voltage e.g mains voltage, but a rectifier must be connected to connect an AC voltage
  • the flyback converter shown as an example it is also possible to use a heating circuit topology in which the primary side of the coupling element is formed by a primary winding connected in series with a switch, this series circuit being connected to the midpoint of two switches of an inverter (half bridge circuit) and For example, parallel to the potential lower switch by connecting the center point of the switch to ground.
  • electrical energy is transferred from the primary coil 2 to the secondary side, wherein the secondary side in the example shown depending on a branch starting from a first secondary coil 3 to a first coil 5 and a second secondary coil 4 towards a second coil. 6 having.
  • the secondary side can thus supply one or more coils 5, 6.
  • the heat energy transmitted by the clocked flyback converter 1 essentially depends on the switching frequency and the switch-on time T 0n of the switch 12.
  • This switch 12 which may be designed, for example, as a field-effect transistor (FET) is driven by a heating control circuit 7, which is preferably implemented in hardware.
  • FET field-effect transistor
  • the coil heater as mentioned a clocked flyback converter 1, which with a defined on-time T 0n and frequency f is operated.
  • the switch control thus enables independent operation of the heating circuit.
  • the independent operation of the heating circuit is just advantageous for preheating. Furthermore, there are design freedoms, which is advantageous for a dimming operation or a multi-lamp operation.
  • the setpoint values for the switch-on time T 0n and the frequency f of the switching operations of the electronic switch 12 are inventively set by a software-controlled circuit (microcontroller) 9 which communicates bidirectionally with the heating control circuit 7 (see reference numeral 8).
  • the specifications for the switch-on time T 0n and / or the switching frequency f of the illustrated switched- mode flyback converter 1 can be calculated by the microcontroller 9, for example, depending on the current dimming state of the lamp and a possibly detected lamp type (eg via the filament current) and then given to the heating control circuit 7 become.
  • the microcontroller 9 can receive, for example, via an interface 10 dimming commands, for example, according to the DALI standard.
  • the primary side with the coil 2 and the switch 12 of the flyback converter transformer 1 is connected in the illustrated example to an intermediate circuit voltage or bus voltage V BUs , since this always has a substantially constant potential, which ensures that at constant ON time T 0n and Frequency f of the electronic switch 12 a constant heat energy is discharged to the secondary side of the flyback converter 1.
  • the illustrated invention is now particularly adapted to detect the voltage of one or both coils 5, 6 and to take appropriate countermeasures in good time as soon as the filament voltage reaches or exceeds a certain threshold. If this threshold value is reached by the time-varying filament voltage over time, the heating power transmitted to the secondary side and to the filaments 5, 6 is gradually reduced until the filament voltage is again below the threshold value. Several small stages are provided for the heating power reduction.
  • a voltage divider R3, R4 is provided in the illustrated embodiment, at the midpoint of which a signal 14 for the heating control circuit 7 is tapped.
  • the detection of the secondary side voltage of the flyback converter 1 or the filament voltage can alternatively be done in other known ways.
  • the measurement or detection of the filament voltage is preferably carried out continuously and without interruption, so that the heating can be carried out reliably.
  • the threshold value with which the filament voltage is compared is selected so that the gas discharge lamp can be safely operated as long as the filament voltage is below this threshold. For filament voltages which are smaller than the threshold value, overheating of the coil 5, 6 and thus ignition via the potential difference of the coil 5, 6 is prevented.
  • this threshold value can be firmly defined in advance.
  • a corresponding setpoint value which is not to be exceeded, can thus preferably be defined directly in a memory module 30 or by hardware in the heating circuit 7, see FIG. 2.
  • the setpoint value can be stored in the microcontroller 9 and transmitted to the heating circuit 7 via the interface 8.
  • a comparator 31 is provided in the heating circuit 7, wherein the reference voltage of the memory module 30 is connected to a first input of the comparator 31 and the signal used for detecting the helical voltage signal 14 to a second input of the comparator 31.
  • the output signal of the comparator 31 is forwarded to the microcontroller 9 via a corresponding line 32.
  • the microcontroller 9 is thereby able to detect reaching or exceeding the predetermined setpoint value by the filament voltage and to reduce the on-time T 0n and / or the frequency f of the switching operations of the electronic switch 12 in stages the heat output for the coil 5, 6 accordingly gradually reduce.
  • heating circuit 7 which is suitable for different lamp or coil types. In further embodiments, it is thus ensured that, depending on the type of coil, a suitable threshold value can also be selected. If the heating circuit 7 can be operated with a plurality of different lamp types, it is preferable to use a lamp type detection known to the person skilled in the art and not described in more detail here.
  • the memory module 30 and / or the microcontroller 9 is designed in each case for different lamp types
  • Lampentyperkennung the coil voltage is now compared with the appropriate for the operated coils 5, 6 setpoint.
  • a comparator 31 can also be used here, see Fig. 2, to detect reaching the set value or the maximum value by the filament voltage.
  • the comparator 31 can therefore be used with selectively different reference values or reference voltages.
  • the secondary-side measurement of the filament voltage can alternatively be carried out via an analog-to-digital converter 33 and not just via a simple comparator 31.
  • the tapped for detecting the filament voltage signal 14 is from the analog-to-digital converter 33rd digitized and forwarded to the microcontroller 9 via the digital line 8.
  • the microcontroller 9 is designed to store a desired value for different lamp types.
  • the threshold value is therefore wattage-specific and selected by the microcontroller 9, for example, based on a lamp or coil detection. Thus, different comparisons for different wattages can be performed by the microcontroller 9.
  • the microcontroller is able to gradually decrease the switching frequency f and / or the on-time T 0n of the electronic switch 12.
  • an unacceptably high secondary-side voltage or an inadmissibly high filament voltage is reacted in each case in which the frequency f and / or the on-time T 0n of the switch 12 is gradually reduced until the filament voltage is below the setpoint again.
  • the heating control circuit 7 is implemented by means of hardware, it can quickly detect such too high filament voltages and accordingly respond quickly by a suitable change in the turn-on and / or the frequency of the switch 12 for the flyback converter 1.
  • the setpoint values for the heating operation can be controlled by the software of the hardware implemented heating control circuit 7 Microcontroller 9 are specified via the bidirectional communication channel 8.
  • the hardware-implemented heating control circuit 7 automatically reacts very quickly to any detected fault conditions, but also simultaneously reports such an error condition to the microcontroller 9.
  • the microcontroller 9 detects the helical current over the
  • Resistor Rl so as to detect the type of a lamp used via the coil resistance, and depending on this lamp type detection to make the appropriate setpoint specifications for the heating control circuit 7.
  • the communication via the bidirectional channel 8 between the heating control circuit 7 and the controller 9 is preferably digital.
  • the microcontroller 9 can request information from the heating control circuit 7 regarding the presence of too high a filament voltage or a possible filament overheating.
  • Fig. 4 shows the timing of the helical voltage according to an embodiment of the present invention.
  • the filament voltage V "rises and reaches the threshold value Vo for a first time.
  • the switching frequency f of the electronic switch 12 can be reduced stepwise.
  • the adjustment of the heating power can be achieved by a gradual decrease in T on -time of the flyback converter 1.
  • the invention is also applicable to other clocked switch heating topologies, so that according to further embodiments of the present invention it can be used not only in flyback converter heating circuits but also in heating circuits with a tap on a half bridge.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Electric Stoves And Ranges (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Description

Schaltung zur Wendelheizung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltungen zur
Heizung von wenigstens einer Wendel von Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, wie sie beispielsweise in elektronischen Vorschaltgeräten
(EVGs) Verwendung finden können.
Grundsätzlich sind aus dem Stand der Technik bereits Elektronische Vorschaltgeräte (EVGs) für den Betrieb von Gasentladungslampen und Leuchtstofflampen bekannt, welche Wendelheizschaltungen verwenden, die mittels eines Koppelelements mit einer Primärseite verbunden sind, die mit Spannung versorgt ist. Beispielsweise kann ausgehend von einem Ausgangskreis (Lampenbetriebsspannungsversorgung, Halbrückenspannung, Busspannung etc.) die Heizenergie transformatorisch, kapazitiv, etc. in den Primärkreis gekoppelt werden, der wiederum mit den Wendeln verbunden ist.
Einige der transformatorisch arbeitenden Wendelheizsysteme verwenden einen mit einem Schalter getakteten Sperrwandler (englisch: Flyback power Converter) , im folgenden auch „Flyback-Konverter" genannt.
Eine Wendelheizung für Leuchtstofflampen gemäß dem Flyback- Prinzip ist beispielsweise aus der US 5,703,441 bekannt.
Bei einer herkömmlichen Wendelheizung kann es vorkommen, dass die Spannung an einer Wendel der angeschlossenen Gasentladungslampe einen kritischen Wert übersteigt. In der Folge kann das Überheizen der Wendel zu dem sogenannten Problem des „Arcing" führen, d.h. einer Lichtbogenbildung über die Potentialdifferenz der Wendel. Dies ist optisch von Nachteil aber auch regelungstechnisch ein Problem, da der Wendelwiderstand damit durch den parallelen Plasmakanal absinkt .
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2005 018 761 Al ist eine Wendelheizung eines elektronischen Vorschaltgerätes mit einem als getakteter Sperrwandler ausgebildeten
Koppelelement gezeigt, wobei das Koppelelement eine
Primärwicklung und die eine in einem Heizkreis mit einer
Wendel befindliche Sekundärwicklung zum Beheizen jeder der beiden Elektroden einer Gasentladungslampe aufweist.
Diese Schrift versucht das vorab angeführte Problem des Überheizens zu lösen, indem der Sperrwandler in einem Fehlermodus mit im Vergleich zum Normalmodus verringerter Leistung betrieben werden kann. Demnach ist eine Überwachungsschaltung dazu vorgesehen, die Spannung der Sekundärseite des Koppelelements zu erfassen. Bei Erfassung einer außer der Norm liegenden Spannung wird der Fehlermodus ausgelöst und die Heizleistung dementsprechend verringert.
Diese bekannte Lösung ist aber insbesondere von Nachteil, wenn Multilampengeräten benutzt werden, die also mehrere Lampentypen aufnehmen können und deshalb nicht vorab genau auf eine bestimmte Wendel abgestimmt sind.
Falls nun eine Wendel in einem Multilampengerät überheizen sollte, dann kann der Problemfall auftreten, dass das Betriebsgerät zwischen dem Fehlermodus und dem Normalmodus hin und her springt. Dieses Hin- und Herspringen zwischen der normalen Heizleistung und der verringerten Heizleistung kann mit einer Frequenz vergleichbarer höherer Frequenzen erfolgen, was somit zu akustischen Problemen führt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizschaltung für wenigstens eine Wendel einer Gasentladungslampe, bspw. einer Leuchtstofflampe, und mit einem Koppelelement zur Übertragung der Heizenergie von einer Primärseite zu einer Sekundärseite so auszugestalten, dass bei Vorliegen von außer der Norm liegenden Wendelspannungen angepasste Maßnahmen getroffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung zur Heizung wenigstens einer Wendel einer
Gasentladungslampe vorgesehen. Die Schaltung weist dabei ein Koppelelement auf, das Heizenergie von einer mit
Spannung versorgten Primärseite zu einer Sekundärseite überträgt, die wiederum mit wenigstens einer zu heizenden Wendel verbunden ist. Die Übertragung der Heizenergie erfolgt also üblicherweise unter galvanischer Trennung.
Erfindungsgemäß ist die Schaltung dazu ausgelegt, sobald die Wendelspannung einen Sollwert erreicht, die an die Wendel übertragene Heizleistung schrittweise zu verringern, bis die Wendelspannung unter den Sollwert sinkt. Dazu ist in der Heizschaltung ist zusätzlich noch eine Überwachungsschaltung zur Erfassung der Wendelspannung vorgesehen. In der erfindungsgemäßen Heizschaltung ist nicht mehr ein einziger fixer Fehlermodus vorgesehen, wie es im Stand der
Technik vorgeschlagen worden ist. Vielmehr wird die Heizleistung in mehreren kleinen graduellen Schritten solange verringert, bis die gemessene Wendelspannung unter einem Sollwert liegt. Sobald nach einer graduellen
Verringerung der Heizleistungsübertragung kein Überheizen, d.h. keine Überspannung mehr an der Wendel vorliegt, wird die Wendel mit dieser Frequenz weiterbetrieben.
Es gibt also nur ein Verringern oder Absinken der Heizleistung, bis die Wendelspannung unter den vorgegebenen Sollwert sinkt. Es gibt kein Zurückwechseln auf eine höhere Heizleistung. Dadurch kann ein Hin- und Herspringen im Sinne eines Zweipunktreglers vermieden werden, so dass die genannten akustischen Probleme vermieden werden, die andernfalls durch ein zyklisches Regelverhalten auftreten könnten.
Das Koppelelement ist primärseitig vorzugsweise mittels eines Schalters getaktet, dessen Schaltfrequenz und/oder Tastverhältnis modifiziert werden kann.
Die Heizschaltung zur Heizung der Wendel ist vorzugsweise dazu ausgelegt, die übertragene Heizleistung durch stufenweises Absinken der Schaltfrequenz des Schalters zu verringern.
Alternativ dazu kann die übertragene Heizleistung durch stufenweise Reduktion der Einschaltzeitdauer des Schalters verringert werden. Die Heizschaltung kann einen Controller aufweisen zur Festsetzung des Sollwerts.
Vorzugsweise weist die Heizschaltung Mittel zur Lampentyperkennung bzw. Wendelerkennung auf, wobei der Controller den Sollwert in Abhängigkeit von der Lampentyperkennung bzw. Wendelerkennung definieren kann.
Ein Komparator kann zum Vergleichen der Wendelspannung mit dem Sollwert vorgesehen werden.
Unterschiedliche Referenzspannungen können an den Sollwert- Eingang des Komparators angeschlossen werden.
Die Überwachungsschaltung der Heizschaltung kann außerdem einen Analog-Digital-Wandler aufweisen.
Das Koppelelement zur Übertragung der Heizleistung kann als Sperrwandler ausgebildet werden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einer derartigen Schaltung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen vorgesehen mit einer Schaltung zur Heizung wenigstens einer Wendel einer Gasentladungslampe. Die Schaltung weist dabei ein Koppelelement auf, das Heizenergie von einer mit Spannung versorgten Primärseite zu einer Sekundärseite überträgt, die wiederum mit wenigstens einer zu heizenden Wendel verbunden ist. Eine Überwachungsschaltung dient der Erfassung der Wendelspannung. Sobald die Wendelspannung einen Sollwert erreicht, wird die an die Wendel übertragene Heizleistung schrittweise verringert, bis die Wendelspannung unter den Sollwert sinkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Heizung wenigstens einer Wendel einer Gasentladungslampe vorgesehen. Heizenergie für die Wendel wird von einer mit Spannung versorgten Primärseite zu einer Sekundärseite übertragen, die mit der zu heizenden Wendel verbunden ist. Gleichzeitig wird die Wendelspannung erfasst. Sobald die Wendelspannung einen Sollwert erreicht, wird die an die Wendel übertragene Heizleistung schrittweise verringert, bis die Wendelspannung unter den Sollwert sinkt.
Die Primärseite ist vorzugsweise mittels eines Schalters getaktet, dessen Schaltfrequenz und/oder Tastverhältnis modifiziert wird.
Die übertragene Heizleistung kann durch stufenweises Absinken der Schaltfrequenz des Schalters verringert werden.
Alternativ dazu kann die übertragene Heizleistung durch stufenweise Reduktion der Einschaltzeitdauer des Schalters verringert werden.
Der Sollwert kann in Abhängigkeit von einer Lampentyperkennung bzw. Wendelerkennung festgesetzt werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr bezugnehmend auf die begleitenden Figuren sowie anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Heizschaltung,
Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizschaltung,
Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizschaltung, und
Fig. 4 zeigt den zeitlichen Ablauf der Wendelspannung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Heizschaltung dient zur Bereitstellung elektrischer Energie für Wendeln 5, 6 einer
Gasentladungslampe, wie beispielsweise einer
Leuchtstofflampe. Die Energie wird dabei ausgehend von einer Primärseite eines Koppelelements, die mit Spannung versorgt ist, hin zu einer Sekundärseite des Koppelelements übertragen, wobei die Sekundärseite mit wenigstens einer
Wendel 5, 6 verbunden ist.
Im dargestellten Beispiel ist das Koppelelement als getakteter Sperrwandler 1 ausgebildet. Andere transformatorische oder kapazitive Ausgestaltungen sind möglich. Die Primärseite des Sperrwandlers 1 weist eine Spannungsversorgung sowie eine mit einem Schalter 12 in Serie geschaltete Primärspule 2 auf. Die Spannungsversorgung ist im dargestellten Beispiel eine Gleichspannungsversorgung, so dass beispielsweise die üblicherweise durch eine Glättungsschaltung (PFC, Power Factor Correction Circuit) geregelte Zwischenkreisspannung oder Busspannung Vbus in einem elektronischen Vorschaltgerät verwendet werden kann. Andere primärseitige DC- oder AC-Versorgungsspannungen (bspw. Netzspannung, allerdings ist zum Anschluss einer AC- Spannung ein Gleichrichter zwischenzuschalten) sind ebenfalls möglich.
Anstelle des beispielhaft gezeigten Flyback-Konverters kann auch eine Heizkreis-Topologie verwendet werden, bei der die Primärseite des Koppelements durch eine mit einem Schalter in Serien geschaltete Primärwicklung gebildet ist, wobei diese Serienschaltung mit dem Mittenpunkt zweier Schalter eines Wechselrichters (Halbbrückenschaltung) verbunden ist und bspw. parallel zum potentialniedrigeren Schalter liegt, indem sie den Mittenpunkt der Schalter mit Masse verbindet.
Gemäß dem Transformatorprinzip wird im dargestellten Ausführungsbeispiel elektrische Energie von der Primärspule 2 auf die Sekundärseite übertragen, wobei die Sekundärseite im dargestellten Beispiel je einen Zweig ausgehend von einer ersten Sekundärspule 3 hin zu einer ersten Wendel 5 sowie einer zweiten Sekundärspule 4 hin zu einer zweiten Wendel 6 aufweist. Die Sekundärseite kann also eine oder aber auch mehrere Wendeln 5, 6 versorgen.
Bei im wesentlichen konstanter Versorgungsspannung Vbus hängt die durch den getakteten Sperrwandler 1 übertragende Heizenergie im Wesentlichen von der Schaltfrequenz sowie der Einschaltzeitdauer T0n des Schalters 12 ab. Dieser Schalter 12, der beispielsweise als Feldeffekttransistor (FET) ausgebildet sein kann, wird von einer vorzugsweise in Hardware implementierten Heizsteuerschaltung 7 angesteuert. Im dargestellten Beispiel weist die Wendelheizung wie gesagt einen getakteten Sperrwandler 1 auf, der mit einer definierten Einschaltzeit T0n und Frequenz f betrieben wird.
Die Schalteransteuerung ermöglicht also einen unabhängigen Betrieb der Heizschaltung. Der unabhängige Betrieb der Heizschaltung ist gerade für das Vorheizen vorteilhaft. Weiterhin ergeben sich Designfreiheiten, was für einen Dimmbetrieb oder einen Multilampenbetrieb vorteilhaft ist.
Die Sollwerte für die Einschaltzeit T0n sowie die Frequenz f der Schaltvorgänge des elektronischen Schalters 12 wird dabei erfindungsgemäß durch eine mittels Softwaregesteuerte Schaltung (Mikrocontroller) 9 vorgegeben, die bidirektional mit der Heizsteuerschaltung 7 kommuniziert (s. Bezugszeichen 8) .
Die Vorgaben für die Einschaltzeitdauer T0n und/oder die Schaltfrequenz f des dargestellten getakteten Sperrwandlers 1 kann von dem Mikrocontroller 9 beispielsweise abhängig vom aktuellen Dimmzustand der Lampe und eines ggf. (bspw. über den Wendelstrom) erfassten Lampentyps berechnet und dann der Heizsteuerschaltung 7 vorgegeben werden. Der Mikrocontroller 9 kann beispielsweise über eine Schnittstelle 10 Dimmbefehle beispielsweise gemäß dem DALI- Standard erhalten.
Die Primärseite mit der Spule 2 und dem Schalter 12 des Sperrwandler-Transformators 1 ist in dem dargestellten Beispiel an eine Zwischenkreisspannung oder Busspannung VbUs angeschlossen, da diese stets eine im Wesentlichen konstantes Potential aufweist, wodurch sichergestellt ist, dass bei konstanter Einschaltzeit T0n und Frequenz f des elektronischen Schalters 12 eine konstante Heizenergie auf die Sekundärseite des Sperrwandlers 1 abgegeben wird. Die dargestellte Erfindung ist nunmehr insbesondere dazu ausgebildet, die Spannung der einen oder der beiden Wendeln 5, 6 zu erfassen und rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen, sobald die Wendelspannung einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Falls dieser Schwellenwert von der sich zeitlich verändernden Wendelspannung im Laufe der Zeit erreicht wird, so wird die an die Sekundärseite und an die Wendeln 5, 6 übertragene Heizleistung stufenweise reduziert, bis die Wendelspannung wieder unter dem Schwellenwert liegt. Dabei sind mehrere kleine Stufen für die Heizleistungsreduktion vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird also verhindert, dass sekundärseitig die Spannung auf ggf. unzulässig hohe Werte ansteigt. Zur Erfassung der sekundärseitigen Spannung bzw. der Wendelspannung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Spannungsteiler R3, R4 vorgesehen, an dessen Mittenpunkt ein Signal 14 für die Heizsteuerschaltung 7 abgegriffen wird. Die Erfassung der sekundärseitigen Spannung des Sperrwandlers 1 bzw. der Wendelspannung kann alternativ auch auf anderem bekannten Wege erfolgen.
Die Messung bzw. Erfassung der Wendelspannung erfolgt vorzugsweise fortlaufend und ohne Unterbrechung, so dass das Heizen zuverlässig durchgeführt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, diese Wendelspannung nur diskontinuierlich zu bestimmten Zeitpunkten oder nach Abfrage des Mikrocontrollers 9 zu erfassen, wobei der Verlauf der Wendelspannung schlechter nachvollzogen werden kann und die Heizschaltung nicht direkt bei Erreichen des Schwellenwertes reagieren kann. Der Schwellenwert, mit dem die Wendelspannung verglichen wird, wird derart ausgewählt, dass die Gasentladungslampe sicher betrieben werden kann, solange die Wendelspannung unter diesem Schwellenwert liegt. Bei Wendelspannungen, die kleiner als der Schwellenwert sind, wird ein Überheizen der Wendel 5, 6 und demnach ein Entzünden über die Potentialdifferenz der Wendel 5, 6 verhindert.
Ist die Heizschaltung 7 für das Betreiben von nur einer Art von Gasentladungslampen ausgelegt oder ist diese Heizschaltung 7 für das Heizen von nur einem bestimmten Wendeltyp geeignet, so kann dieser Schwellenwert vorab fest definiert werden. Ein entsprechender nicht zu überschreitender Sollwert kann also vorzugsweise direkt in einem Speichermodul 30 oder durch Hardware in der Heizschaltung 7 festgelegt werden, sehe Fig. 2. Alternativ kann der Sollwert im Mikrocontroller 9 gespeichert werden und der Heizschaltung 7 über die Schnittstelle 8 übermittelt werden.
Ein Komparator 31 ist dabei in der Heizschaltung 7 vorgesehen, wobei die Referenzspannung des Speichermoduls 30 an einen ersten Eingang des Komparators 31 und das zur Erfassung der Wendelspannung verwendetes Signal 14 an einen zweiten Eingang des Komparators 31 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Komparators 31 wird dem Mikrocontroller 9 über eine entsprechende Leitung 32 weitergeleitet.
Der Mikrocontroller 9 ist dadurch in der Lage, ein Erreichen bzw. Überschreiten des vorgegebenen Sollwertes durch die Wendelspannung zu erkennen und die Einschaltzeit T0n und/oder die Frequenz f der Schaltvorgänge des elektronischen Schalters 12 stufenweise zu reduzieren, um die Heizleistung für die Wendel 5, 6 dementsprechend stufenweise zu verringern.
Interessanter ist sicherlich eine Heizschaltung 7 vorzusehen, die für unterschiedliche Lampen- bzw. Wendeltypen geeignet ist. In weiteren Ausführungsbeispielen wird also sichergestellt, dass je nach Wendeltyp auch ein passender Schwellenwert ausgewählt werden kann. Soll die Heizschaltung 7 mit mehreren verschiedenen Lampentypen betrieben werden können, so wird vorzugsweise eine dem Fachmann bekannte und hier nicht näher beschriebene Lampentyperkennung eingesetzt.
Um verschiedene Lampentypen unterstützen zu können, ist das Speichermodul 30 und/oder der Mikrocontroller 9 dazu ausgelegt, für verschiedene Lampentypen jeweils einen
Sollwert, der den Maximalwert für die Wendelspannung darstellt, zu speichern. Nach vorzugsweise einer
Lampentyperkennung wird die Wendelspannung nun mit dem für die betriebenen Wendeln 5, 6 passenden Sollwert verglichen.
Ähnlich wie beim oben beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel kann auch hier ein Komparator 31 eingesetzt werden, sehe Fig. 2, um ein Erreichen des Sollwertes bzw. des Maximalwertes durch die Wendelspannung zu erkennen. Der Komparator 31 kann demnach mit selektiv unterschiedlicher Sollwerte bzw. Referenzspannungen verwendet werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt kann die sekundärseitige Messung der Wendelspannung alternativ über einen Analog-Digital- Wandler 33 und nicht nur über einen einfachen Komparator 31 ausgeführt werden. Das zur Erfassung der Wendelspannung abgegriffene Signal 14 wird vom Analog-Digital-Wandler 33 digitalisiert und dem Mikrocontroller 9 über die digitale Leitung 8 weitergeleitet.
Der Mikrocontroller 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgelegt, für verschiedene Lampentypen jeweils einen Sollwert zu speichern. Der Schwellenwert ist also Wattage- spezifisch und vom Mikrocontroller 9 beispielsweise anhand einer Lampen- bzw. Wendelerkennung ausgewählt. Somit können unterschiedliche Vergleiche für unterschiedliche Wattagen vom Mikrocontroller 9 durchgeführt werden.
Falls ein Vergleich von Sollwert und Wendelspannung auf ein Überheizen der Wendel 5, 6 hindeuten sollte, ist der Mikrocontroller in der Lage, die Schaltfrequenz f und/oder die Einschaltzeitdauer T0n des elektronischen Schalters 12 schrittweise abzusinken.
Erfindungsgemäß wird in jedem Fall auf eine unzulässig hohe sekundärseitige Spannung bzw. auf eine unzulässig hohe Wendelspannung reagiert, in dem die Frequenz f und/oder die Einschaltzeitdauer T0n des Schalters 12 schrittweise verringert wird, bis die Wendelspannung wieder unter dem Sollwert liegt.
Dadurch dass die Heizsteuerschaltung 7 mittels Hardware implementiert ist, kann sie derartige zu hohe Wendelspannungen schnell erfassen und entsprechend auch schnell durch eine geeignete Veränderung der Einschaltzeitdauer und/oder der Frequenz des Schalters 12 für den Sperrwandler 1 reagieren.
Wie bereits erwähnt können die Sollwerte für den Heizbetrieb können der Hardware-implementierten Heizsteuerschaltung 7 von dem Software-gesteuerten Mikrocontroller 9 über den bidirektionalen Kommunikationskanal 8 vorgegeben werden.
Andererseits reagiert die mittels Hardware-implementierte Heizsteuerschaltung 7 selbsttätig sehr schnell auf etwaige erfasste Fehlerzustände, meldet aber auch gleichzeitig einen derartigen Fehlerzustand an den Mikrocontroller 9.
Unabhängig von der sekundärseitigen Spannungserfassung der Heizsteuerschaltung 7 mittels des Spannungsteiler R3, R4, erfasst der Mikrocontroller 9 den Wendelstrom über den
Widerstand Rl, um somit über den Wendelwiderstand den Typ einer eingesetzten Lampe zu erkennen, und abhängig von dieser Lampentyperkennung die entsprechenden Sollwertvorgaben für die Heizsteuerschaltung 7 zu tätigen.
Die Kommunikation über den bidirektionalen Kanal 8 zwischen der Heizsteuerschaltung 7 und dem Controller 9 erfolgt vorzugsweise digital.
Der Mikrocontroller 9 kann von der Heizsteuerschaltung 7 Informationen bezüglich des Vorhandenseins einer zu hohen Wendelspannung bzw. eines möglichen Wendelüberheizens abfragen.
Wenn der Mikrocontroller 9 ein mögliches Wendelüberheizen von der Heizsteuerschaltung 7 abfragt bzw. die Heizsteuerschaltung 7 von sich aus den Mikrocontroller 9 ein mögliches Wendelüberheizen übermittelt, kann der Mikrocontroller 9 über ausgehende Befehle 11 das Betriebsgerät (elektronisches Vorschaltgerät EVG) darüber informieren. Fig. 4 zeigt den zeitlichen Ablauf der Wendelspannung gemäß ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der elektronische Schalter 12 wird ab dem Zeitpunkt t= tθ mit der Einschaltzeitdauer T0n betrieben, was dazu führt, dass der Sperrwandler 1 Heizenergie an die Wendeln 5, 6 überträgt. Die Wendelspannung V„ steigt und erreicht ein erstes Mal den Schwellenwert Vo.
Die in Fig. 4 gezeigte erfindungsgemäße Reaktion der Heizschaltung 1 besteht darin, dass die Einschaltzeitdauer T0n des elektronischen Schalters 12 schrittweise verringert wird zu den Zeitpunkten t= tl und t= t3 sobald die Wendelspannung den vorgegebenen Schwellenwert bzw. Sollwert erreicht.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch die Schaltfrequenz f des elektronischen Schalter 12 schrittweise verringert werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt, kann die Anpassung der Heizleistung durch ein schrittweises Absinken der Ton-Zeit des Sperrwandlers 1 erzielt werden. Natürlich ist die Erfindung auch bei anderen Heiztopologien mit getaktetem Schalter anwendbar, so dass sie gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung also nicht nur bei Sperrwandler- Heizschaltungen, sondern auch bei Heizschaltungen mit einem Abgriff an einer Halbbrücke verwendbar ist.
Es erfolgt keine echte Regelung der Wendelspannung auf den Schwellenwert, da die Wendelspannung durch Erhöhung der Frequenz nur abgesenkt, und dann fix weiterbetrieben, aber nie erhöht wird.

Claims

Ansprüche
1. Heizschaltung zur Heizung wenigstens einer Wendel (5, 6) einer Gasentladungslampe, aufweisend ein Koppelelement, das Heizenergie für die Wendel (5, 6) von einer mit Spannung versorgten Primärseite (2) zu einer Sekundärseite (3, 4) überträgt, die mit der zu heizenden Wendel (5, 6) verbunden ist, eine Überwachungsschaltung zur Erfassung der Wendelspannung an der Sekundärseite des Koppelelementes , - eine Steuerschaltung, die mit der Überwachungsschaltung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, bei Überschreitung eines Sollwerts für die Wendelspannung die an die Wendel (5, 6) übertragene Heizleistung schrittweise zu verringern, bis die Wendelspannung unter den Sollwert sinkt und den Heizbetrieb dann mit dieser verringerten Heizleistung weiterzuführen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Koppelelement primärseitig mittels eines Schalters (12) getaktet ist, dessen Schaltfrequenz und/oder Tastverhältnis durch die Steuerschaltung zur Einstellung der übertragenen Heizleistung modifiziert wird.
3. Schaltung nach Anspruch 2, welche dazu ausgelegt ist, die übertragene Heizleistung durch stufenweises Absenken der Schaltfrequenz des Schalters (12) zu verringern.
4. Schaltung nach Anspruch 2, welche dazu ausgelegt ist, die übertragene Heizleistung durch stufenweise Reduktion der Tastverhältnisses des Schalters (12) zu verringern.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Controller (9) zur Festsetzung und Zuführung des Sollwerts zu der Steuerschaltung.
6. Schaltung nach Anspruch 5, aufweisend Mittel zur Lampentyperkennung bzw. Wendelerkennung, wobei der Controller (9) den Sollwert in Abhängigkeit von der Lampentyperkennung bzw. Wendelerkennung definiert.
7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Komparator zum Vergleichen der Wendelspannung mit dem Sollwert.
8. Schaltung nach Anspruch 7, wobei unterschiedliche Referenzspannungen an den Sollwert- Eingang des Komparators angeschlossen werden können.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Überwachungsschaltung einen Analog-Digital- Wandler aufweist.
10. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement als Sperrwandler ausgebildet ist.
11. Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Heizschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen, aufweisend eine Heizschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
13. Verfahren zur Heizung wenigstens einer Wendel einer Gasentladungslampe, wobei
Heizenergie für die Wendel (5, 6) von einer mit Spannung versorgten Primärseite (2) zu einer Sekundärseite (3, 4) übertragen wird, die mit der zu heizenden Wendel (5, 6) verbunden ist, die Wendelspannung erfasst wird, und sobald die Wendelspannung einen Sollwert erreicht, die an die Wendel (5, 6) übertragene Heizleistung schrittweise verringert wird, bis die Wendelspannung unter den Sollwert sinkt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Primärseite (2) mittels eines Schalters (12) getaktet ist, dessen Schaltfrequenz und/oder Tastverhältnis modifiziert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die übertragene Heizleistung durch stufenweises Absinken der Schaltfrequenz des Schalters (12) verringert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die übertragene Heizleistung durch stufenweise Reduktion der Einschaltzeitdauer des Schalters (12) verringert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Sollwert in Abhängigkeit von einer Lampentyperkennung bzw. Wendelerkennung festgesetzt wird.
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