EP2240002A2 - Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Entladungslampen - Google Patents

Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Entladungslampen Download PDF

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EP2240002A2
EP2240002A2 EP10156476A EP10156476A EP2240002A2 EP 2240002 A2 EP2240002 A2 EP 2240002A2 EP 10156476 A EP10156476 A EP 10156476A EP 10156476 A EP10156476 A EP 10156476A EP 2240002 A2 EP2240002 A2 EP 2240002A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
value
output
boost converter
peak
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10156476A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2240002A3 (de
Inventor
Olaf Busse
Siegfried Mayer
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.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP2240002A2 publication Critical patent/EP2240002A2/de
Publication of EP2240002A3 publication Critical patent/EP2240002A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H05B41/282—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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an electronic ballast for operating at least two different types of discharge lamps, the operation of which requires a different lamp current, comprising: an input having a first and a second input terminal for connecting a DC supply voltage, a boost converter having a boost choke, a boost switch having a control electrode, a reference electrode and a working electrode, and a boost diode, the boost converter coupled on the input side between the first and second input terminals and having an output having a first and a second output terminal, a bridge circuit having a first and a second electronic switch, wherein the first and the second electronic switch each having a control electrode, a reference electrode and a working electrode, wherein the series connection of the first and the second electronis coupled to a first bridge center between the first and the second output terminal of the boost converter, an output having a first and a second output terminal for connecting the discharge lamp, wherein the first output terminal is coupled to the first bridge center and wherein the second output terminal is coupled to the second output terminal of the rectifier, a lamp inductor
  • the condition for a sinusoidal current consumption is met, is used as a circuit typology primarily a boost converter in the mains input.
  • the output voltage of the boost converter the so-called intermediate circuit voltage
  • the maximum peak value is approximately 372 V.
  • the DC link voltage is set to be a fixed percentage, for example 15%, above the maximum peak value of the mains input voltage.
  • the intermediate circuit voltage is approx.
  • the object of the present invention is to further develop an electronic ballast mentioned at the beginning in such a way that low-loss operation is possible with as little electromagnetic interference as possible.
  • the present invention is based on the finding that the mains input voltage and the intermediate circuit voltage can be determined by the boost converter at the same time using a microcontroller.
  • the DC link voltage can now be regulated be that it is a certain percentage, for example 4% to 8%, above the peak value of the mains input voltage.
  • the intermediate circuit voltage is thus lowered, and the intermediate circuit voltage is increased to the same extent when the mains input voltage is increased.
  • the microcontroller is configured to regulate the voltage between the first and second output terminals of the boost converter to be at least within a first range of the voltage value of the peak of the voltage between the first and second input terminals or within a first range of the voltage value between the first and the second output terminal of the boost converter, a predeterminable threshold is above the voltage value of the peak of the voltage between the first and the second input terminal.
  • a predeterminable threshold is above the voltage value of the peak of the voltage between the first and the second input terminal.
  • the voltage at the input or the voltage at the output of the boost converter is measured and ensured by appropriate control of the switch of the boost converter that the output voltage of the boost converter is always so large that safely a sinusoidal current consumption is effected on the other hand, however, is small enough to minimize the losses.
  • the low voltage swing between the voltage at the input and the voltage at the output of the boost converter increases the efficiency of the boost converter.
  • the current load in the Reduced components of an electronic ballast according to the invention so that smaller components can be used. This reduces the price of the components and their space requirements. Due to the lower average output voltage of the boost converter compared to the prior art, the losses in the boost converter are significantly reduced.
  • the predefinable threshold is in particular between 2% and 10%, preferably between 4% and 8%, of the voltage value of the summit of the voltage between the first and the second input connection. While in the prior art for security reasons, the threshold has been constant 15% above the maximum voltage value of the peak of the voltage between the first and the second input terminal, according to the invention results in a much smaller distance and thus a significant reduction in losses.
  • a particularly preferred category of further developments is characterized in that the microcontroller is further designed to determine the type of discharge lamp connected to the output by passing through a measuring routine, wherein in the microcontroller for each of the at least two types of discharge lamps a lower limit for the first Value range of the voltage value of the peak of the voltage between the first and the second input terminal or a lower limit for the first value range of the voltage value between the first and the second output terminal of the boost converter is stored.
  • the type of discharge lamp is preferably represented by the nominal value of its lamp current and / or the nominal value of its lamp power.
  • the microcontroller is particularly preferably designed in a second range of values which is below the lower limit value for the first value range of the voltage value of the peak of the voltage between the first and the second input terminal or in a second value range which is below the upper limit value for connecting the first value range of the voltage value between the first and the second output terminal of the boost converter, by varying the switching frequency of the signal provided at the third output to regulate the voltage between the first and the second output terminal of the boost converter to a minimum voltage.
  • This measure takes into account the fact that when operating discharge lamps, the distance between the voltage value of the summit of the voltage at the input and the voltage at the output of the boost converter can not be regulated to the predefinable threshold over the entire value range.
  • the minimum voltage is preferably at least as great as the lower limit value of the first value range of the voltage between the first and the second output connection of the boost converter, in particular the minimum voltage corresponds to this lower limit value. This maximizes the reduction in losses while ensuring the operation of the particular type of lamp.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an electronic ballast according to the invention. It comprises an input with a first and a second input connection, between which a mains voltage U N is applied.
  • a rectifier 10 is coupled to the input, to whose output E1, E2 a voltage U gl is provided which corresponds to the rectified mains voltage U N.
  • the voltage U gl has a peak value U peak .
  • the rectifier 10 is followed by a boost converter 12 which comprises a boost inductor L1, a boost diode D1 and a boost switch S1.
  • a DC voltage could also be connected directly to the input of the boost converter 12.
  • the electronic ballast according to the invention would thus work the same way.
  • the voltage provided at the output of the boost converter 12, stabilized by means of a capacitor C1, is the so-called intermediate circuit voltage U Zw .
  • a bridge circuit is coupled, which in the present case comprises the switches S2 and S3.
  • a bridge center BM1 is defined.
  • the series circuit of a coupling capacitor C K and a lamp inductor L2 is coupled.
  • the first output terminal A1 acts as a second bridge center BM2.
  • a resonance capacitor C res is coupled, on the other hand, the discharge lamp La.
  • the electronic ballast has a microcontroller 14, which controls the switches S2 and S3 by means of signals provided at its outputs AM1 and AM2. These signals are characterized by a current frequency f 23 . Via an output AM3, the microcontroller 14 controls the switch S1, wherein the signal provided at the output AM3 is characterized by a current frequency f 1 . This is done in the present case in that the micro-controller 14 provides an ON-time at its output AM3, wherein the frequency f 1 is automatically results from the time required for the current in the boost inductor L1 to be zero again.
  • a first input EM1 which is coupled to the tap of a voltage divider R1, R2, the microcontroller 14 is coupled to a signal which is correlated with the voltage U gl .
  • the Microcontroller 14 via its input EM2, which is coupled to the tap of a voltage divider R3, R4, coupled to a signal which is correlated with the intermediate circuit voltage U Zw .
  • a shunt resistor R Sh is furthermore arranged in series with the discharge lamp La, the voltage dropping across the shunt resistor R Sh being supplied to the microcontroller 14 via an input EM3, wherein the microcontroller 14 is designed to supply the output current I La by corresponding Variation of the signals AM1, AM2, as known to those skilled to vary.
  • the microcontroller 14 is designed to control the switch S1 by setting the frequency f 1 such that the voltage U Zw always lies within a first value range of the peak value U peak of the voltage U gl a predeterminable threshold above the value of U peak .
  • This predefinable threshold is preferably between 2% and 10%, in particular between 4% and 8%, of the voltage value of U peak .
  • Fig. 2 shows the course of the lamp current I La as a function of the frequency f 23 , that is the frequency of the signals at the outputs AM1, AM2 of the microcontroller 14, which serve to drive the switches S2, S3. Shown are three curves that stand for different DC link voltages U Zw . The lowest curve corresponds to an intermediate circuit voltage U Zw equal to 270 V, the middle curve corresponds to an intermediate circuit voltage U zw equal to 370 V and the uppermost curve corresponds to an intermediate circuit voltage U Zw equal to 430 V. Note that due to the inductive nature of the load, the electronic Ballast in the sloping area of the respective curve train of U Zw is to operate.
  • the lamp must be operated at the operating point P1, that is, the microcontroller 14 selects one here Frequency f 23 of 70 kHz.
  • a correspondingly smaller intermediate circuit voltage can be set by appropriate activation of the switch S1, that is to say by selecting the frequency f 1 U Zw equal to 370 V.
  • the switch S1 For setting a lamp current of I La equal to 300 mA, the lamp La is operated at the operating point P2, that is f 23 is 30 kHz.
  • the mains voltage U N now drops to even lower values, then U gl at the output of the rectifier 10 also drops.
  • the intermediate circuit voltage U Zw is lowered accordingly, for example to U Zw equal to 270 V, then the illustration of FIG Fig. 2 that no operating point can be found in which the lamp la can be operated with the required lamp current I La of 300 mA.
  • Fig. 3 shows for a particularly preferred embodiment, the dependence of the intermediate circuit voltage U Zw of the voltage U peak , that is, the voltage value of the summit of the voltage U gl at the input of the boost converter 12.
  • U ZW a , U peak . where a > 1.
  • a is between 1.02 and 1.10.
  • the minimum intermediate circuit voltage is defined by U Zwmin , which is dependent on the type of lamp La, which is connected to the output A1, A2 of the electronic ballast, set to reach the Lampenennnstrom.
  • Corresponding values of the lamp nominal current or the lamp power and / or the minimum intermediate circuit voltage U Zwmin can be stored for various lamp types in the microcontroller 14, for example in the form of a look-up table.
  • the value U Zwmin can still be made dependent on other boundary conditions, for example, whether the electronic ballast is fed directly from a DC voltage source or from an AC voltage source, as in the embodiment of Fig. 1 , as well as the resulting frequency f 23 .

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Entladungslampen (La), für deren Betrieb ein unterschiedlicher Lampenstrom (I La ) erforderlich ist. Das Vorschaltgerät umfasst einen Boost Konverter der eine Zwischenkreisspannung bereitstellt, die von der Netzspannung abhängt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Entladungslampen, für deren Betrieb ein unterschiedlicher Lampenstrom erforderlich ist, umfassend: Einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anschließen einer Versorgungsgleichspannung, einen Boost-Konverter mit einer Boostdrossel, einem Boostschalter, der eine Steuerelektrode, eine Bezugselektrode und eine Arbeitselektrode aufweist, und einer Boostdiode, wobei der Boost-Konverter eingangsseitig zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist und einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss aufweist, einer Brückenschaltung mit einem ersten und einem zweiten elektronischen Schalter, wobei der erste und der zweite elektronische Schalter jeweils eine Steuerelektrode, eine Bezugselektrode und eine Arbeitselektrode aufweisen, wobei die Serienschaltung des ersten und des zweiten elektronischen Schalters unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters gekoppelt ist, einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss zum Anschließen der Entladungslampe, wobei der erste Ausgangsanschluss mit dem ersten Brückenmittelpunkt gekoppelt ist und wobei der zweite Ausgangsanschluss mit dem zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters gekoppelt ist, eine Lampendrossel, die seriell zwischen den ersten Brückenmittelpunkt und den ersten Ausgangsanschluss des elektronischen Vorschaltgeräts gekoppelt ist, einer ersten Spannungsmessvorrichtung, die ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss zu messen, einer zweiten Spannungsmessvorrichtung, die ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters zu messen, und einem Mikrocontroller mit einem ersten Eingang, der mit der ersten Spannungsmessvorrichtung gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der mit der zweiten Spannungsmessvorrichtung gekoppelt ist, einem ersten Ausgang der mit der Steuerelektrode des ersten elektronischen Schalters gekoppelt ist, einem zweiten Ausgang, der mit der Steuerelektrode des zweiten elektronischen Schalters gekoppelt ist, und einem dritten Ausgang, der mit der Steuerelektrode des Boostschalters gekoppelt ist, wobei der Mikrocontroller ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters durch Variation der Schaltfrequenz des am dritten Ausgang bereitgestellten Signals zu regeln.
    • Stand der Technik
  • Damit bei elektronischen Vorschaltgeräten die Bedingung für eine sinusförmige Stromaufnahme erfüllt ist, wird als Schaltungstypologie vornehmlich ein Boost-Konverter im Netzeingang verwendet. Um eine korrekte Funktion sicherzustellen, muss die Ausgangsspannung des Boost-Konverters, die so genannte Zwischenkreisspannung, immer größer sein als der Scheitelwert der Netzeingangsspannung. Für einen Eingangsspannungsbereich von beispielsweise 180 Vrms bis 264 Vrms beträgt damit der maximale Scheitelwert ca. 372 V. Um einen zuverlässigen Betrieb mit sogenannter Power-Factor-Korrektur sicherzustellen, wird im Stand der Technik die Zwischenkreisspannung so eingestellt, dass sie einen festen Prozentsatz, beispielsweise 15 %, über dem maximalen Scheitelwert der Netzeingangsspannung liegt. Bei einem Scheitelwert von 372 V, der sich beispielsweise bei einer Eingangsspannung von 264 Vrms ergibt, liegt damit die Zwischenkreisspannung bei ca. 430 V. Unabhängig vom tatsächlichen Wert der Netzeingangsspannung wird damit die Frequenz, mit der der Boostschalter betrieben wird, so variiert, dass sich dieser konstante Wert der Zwischenkreisspannung einstellt. Bei dieser bekannten Vorgehensweise fallen unerwünscht hohe Verluste an. Je größer die Differenz zwischen der Netzeingangsspannung und der Zwischenkreisspannung ist, umso höher ist die Schaltfrequenz des Boostschalters, wodurch sich Probleme bei der Funkentstörung ergeben.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein eingangs genanntes elektronisches Vorschaltgerät derart weiterzubilden, dass ein möglichst verlustarmer Betrieb bei möglichst geringen elektromagnetischen Störungen ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vorschaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Verwendung eines Mikrocontrollers die Netzeingangsspannung und die Zwischenkreisspannung vom Boost-Konverter zeitgleich ermittelt werden kann. Auf dieser Basis kann nun die Zwischenkreisspannung derart geregelt werden, dass sie einen bestimmten Prozentsatz, beispielsweise 4 % bis 8 %, über dem Scheitelwert der Netzeingangsspannung liegt. Bei einer niedrigen Netzeingangsspannung wird damit die Zwischenkreisspannung abgesenkt, bei einer Erhöhung der Netzeingangsspannung die Zwischenkreisspannung in gleichem Maße erhöht. Durch diese Maßnahme wird einerseits eine sinusförmige Stromaufnahme sichergestellt, andererseits ein Betrieb der Schaltung bei einer möglichst niedrigen Betriebsfrequenz des Boostschalters ermöglicht.
  • Bevorzugt ist der Mikrocontroller ausgelegt, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters derart zu regeln, dass sie zumindest innerhalb eines ersten Wertebereichs des Spannungswerts des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss oder innerhalb eines ersten Wertebereichs des Spannungswerts zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters eine vorgebbare Schwelle über dem Spannungswert des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss liegt. Mit anderen Worten wird die Spannung am Eingang oder die Spannung am Ausgang des Boost-Konverters gemessen und durch entsprechende Ansteuerung des Schalters des Boost-Konverters sichergestellt, dass die Ausgangsspannung des Boost-Konverters stets so groß ist, dass sicher eine sinusförmige Stromaufnahme bewirkt wird, andererseits aber möglicht klein ist, um die Verluste zu minimieren. Durch den geringen Spannungshub zwischen der Spannung am Eingang und der Spannung am Ausgang des Boost-Konverters wird die Effizienz des Boost-Konverters erhöht. Allgemein wird dadurch die Strombelastung in den Bauteilen eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts reduziert, so dass kleinere Komponenten verwendet werden können. Dies reduziert den Preis der Bauteile und deren Platzbedarf. Durch die im Vergleich zum Stand der Technik im Durchschnitt geringere Ausgangsspannung des Boost-Konverters werden die Verluste im Boost-Konverter deutlich verringert.
  • Dabei beträgt die vorgebbare Schwelle insbesondere zwischen 2 % und 10 %, bevorzugt zwischen 4 % und 8 %, des Spannungswerts des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss. Während im Stand der Technik aus Sicherheitsgründen die Schwelle konstant 15 % über dem maximalen Spannungswert des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss betragen hat, ergibt sich demnach erfindungsgemäß ein deutlich geringerer Abstand und somit eine deutliche Reduktion der Verluste.
  • Eine besonders bevorzugte Kategorie von Weiterbildungen zeichnet sich dadurch aus, dass der Mikrocontroller weiterhin ausgelegt ist, durch Durchfahren einer Messroutine den Typ der am Ausgang angeschlossenen Entladungslampe zu ermitteln, wobei in dem Mikrocontroller für jeden der mindestens zwei Typen von Entladungslampen ein unterer Grenzwert für den ersten Wertebereich des Spannungswerts des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss oder ein unterer Grenzwert für den ersten Wertebereich des Spannungswerts zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters abgelegt ist. Dies ermöglicht eine unterschiedliche Behandlung der Fälle, bei denen der Spannungswert des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss oder zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters über oder unterhalb des jeweiligen Grenzwerts liegt. Bevorzugt ist dabei der Typ von Entladungslampe durch den Nennwert seines Lampenstroms und/oder den Nennwert seiner Lampenleistung repräsentiert.
  • Besonders bevorzugt ist deshalb der Mikrocontroller ausgelegt, in einem zweiten Wertebereich, der sich unterhalb des unteren Grenzwerts für den ersten Wertebereich des Spannungswerts des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss anschließt oder in einem zweiten Wertebereich, der sich unterhalb des oberen Grenzwerts für den ersten Wertebereich des Spannungswerts zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters anschließt, durch Variation der Schaltfrequenz des am dritten Ausgang bereitgestellten Signals die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters auf eine Mindestspannung zu regeln. Diese Maßnahme trägt der Erkenntnis Rechnung, dass beim Betrieb von Entladungslampen der Abstand zwischen dem Spannungswert des Scheitels der Spannung am Eingang und der Spannung am Ausgang des Boost-Konverters nicht über dem gesamten Wertebereich auf die vorgebbare Schwelle geregelt werden kann. Wie Versuche gezeigt haben, kann bei Absinken des Spannungswerts des Scheitels der Spannung am Eingang oder des Spannungswerts am Ausgang des Boost-Konverters, je nachdem wo gemessen wird, der für den jeweiligen Typ von Entladungslampe benötigte Nennwert des Lampenstroms nicht mehr erzeugt werden. Die Reduktion der Verluste in dem großen, ersten Wertebereich der Spannung der jeweiligen Spannungswerte würde dadurch erkauft werden, dass in einem zweiten Wertebereich der jeweiligen Spannungswerte bestimmte Typen von Entladungslampen nicht mehr betrieben werden könnten. Bei der genannten bevorzugten Weiterbildung wird dies dadurch verhindert, dass das Unterschreiten des unteren Grenzwerts des ersten Wertebereichs überwacht wird und sichergestellt wird, dass durch entsprechende Ansteuerung des Boostschalters sichergestellt wird, dass eine vorgebbare Mindestspannung, die lampentypabhängig sein kann, nicht unterschritten wird. Damit werden weiterhin im ersten Wertebereich der genannten Spannungswerte die Verluste klein gehalten und dennoch ein Betrieb der Entladungslampen mit den erwähnten Spannungswerten im zweiten Wertebereich sichergestellt. Erst diese Kombination ermöglicht den vorteilhaften Einsatz der Erfindung bei Multilampengeräten.
  • Die Mindestspannung ist bevorzugt mindestens so groß wie der untere Grenzwert des ersten Wertebereichs der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters, insbesondere entspricht die Mindestspannung diesem unteren Grenzwert. Dadurch wird die Reduktion der Verluste bei gleichzeitiger Sicherstellung des Betriebs des jeweiligen Lampentyps maximiert.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
  • Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts;
    Fig. 2
    den Verlauf des Lampenstroms ILa über der Frequenz für unterschiedliche Werte der Zwischenkreisspannung; und
    Fig. 3
    in schematischer Darstellung die Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung UZw vom Spannungswert des Scheitels der Spannung am Eingang des Boost-Konverters.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts. Es umfasst einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss, zwischen denen eine Netzspannung UN angelegt ist. Mit dem Eingang ist ein Gleichrichter 10 gekoppelt, an dessen Ausgang E1, E2 eine Spannung Ugl bereitgestellt wird, die der gleichgerichteten Netzspannung UN entspricht. Die Spannung Ugl weist einen Scheitelwert Upeak auf. Auf den Gleichrichter 10 folgt ein Boost-Konverter 12, der eine Boostdrossel L1, eine Boostdiode D1 sowie einen Boostschalter S1 umfasst. Wie für den Fachmann offensichtlich, könnte am Eingang des Boost-Konverters 12 auch unmittelbar eine Gleichspannung angeschlossen sein. Das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät würde dadurch genauso funktionieren.
  • Die am Ausgang des Boost-Konverters 12 bereitgestellte, mittels eines Kondensators C1 stabilisierte Spannung ist die sogenannte Zwischenkreisspannung UZw. Zwischen die Ausgangsanschlüsse des Boost-Konverters 12 ist eine Brückenschaltung gekoppelt, die vorliegend die Schalter S2 und S3 umfasst. Zwischen den Schaltern S2, S3 ist ein Brückenmittelpunkt BM1 definiert. Zwischen den Brückenmittelpunkt BM1 und einen ersten Ausgangsanschluss A1 des elektronischen Vorschaltgeräts ist die Serienschaltung eines Koppelkondensators CK sowie einer Lampendrossel L2 gekoppelt. Der erste Ausgangsanschluss A1 wirkt als zweiter Brückenmittelpunkt BM2. Zwischen den ersten Ausgangsanschluss A1 und einen zweiten Ausgangsanschluss A2 ist einerseits ein Resonanzkondensator Cres gekoppelt, andererseits die Entladungslampe La. Das elektronische Vorschaltgerät weist einen Mikrocontroller 14 auf, der mittels von an seinen Ausgängen AM1 und AM2 bereitgestellten Signalen die Schalter S2 und S3 ansteuert. Diese Signale sind durch eine momentane Frequenz f23 gekennzeichnet. Über einen Ausgang AM3 steuert der Mikrocontroller 14 den Schalter S1 an, wobei das am Ausgang AM3 bereitgestellte Signal durch eine momentane Frequenz f1 gekennzeichnet ist. Dies erfolgt vorliegend dadurch, dass der Mikrocontroller 14 an seinem Ausgang AM3 eine ON-Zeit bereitstellt, wobei sich die Frequenz f1 automatisch aus der Zeit ergibt, die der Strom in der Boostdrossel L1 benötigt, um wieder Null zu werden.
  • Über einen ersten Eingang EM1, der mit dem Abgriff eines Spannungsteilers R1, R2 gekoppelt ist, wird der Mikrocontroller 14 mit einem Signal gekoppelt, das mit der Spannung Ugl korreliert ist. In ähnlicher Weise ist der Mikrocontroller 14 über seinen Eingang EM2, der mit dem Abgriff eines Spannungsteiler R3, R4 gekoppelt ist, mit einem Signal gekoppelt, das mit der Zwischenkreisspannung UZw korreliert ist. Zur Regelung des Ausgangsstroms ILa ist weiterhin ein Shuntwiderstand RSh seriell zur Entladungslampe La angeordnet, wobei die über dem Shuntwiderstand RSh abfallende Spannung dem Mikrocontroller 14 über einen Eingang EM3 zugeführt wird, wobei der Mikrocontroller 14 ausgelegt ist, den Ausgangsstrom ILa durch entsprechende Variation der Signale AM1, AM2, wie sie dem Fachmann bekannt ist, zu variieren. Der Mikrocontroller 14 ist ausgelegt, den Schalter S1 durch Einstellen der Frequenz f1 derart anzusteuern, dass die Spannung UZw innerhalb eines ersten Wertebereichs des Scheitelwerts Upeak der Spannung Ugl immer eine vorgebbare Schwelle über dem Wert von Upeak liegt. Diese vorgebbare Schwelle beträgt bevorzugt zwischen 2 % und 10 %, insbesondere zwischen 4 % und 8 %, des Spannungswerts von Upeak.
  • Zur Darstellung weiterer Auslegungen des Mikrocontrollers 14 wird zunächst auf Fig. 2 näher eingegangen. Fig. 2 zeigt den Verlauf des Lampenstroms ILa in Abhängigkeit der Frequenz f23, das heißt der Frequenz der Signale an den Ausgängen AM1, AM2 des Mikrocontrollers 14, die zur Ansteuerung der Schalter S2, S3 dienen. Eingezeichnet sind drei Kurven, die für unterschiedliche Zwischenkreisspannungen UZw stehen. Der unterste Kurvenzug entspricht einer Zwischenkreisspannung UZw gleich 270 V, der mittlere Kurvenzug entspricht einer Zwischenkreisspannung Uzw gleich 370 V und der oberste Kurvenzug entspricht einer Zwischenkreisspannung UZw gleich 430 V. Zu beachten ist, dass infolge des induktiven Charakters der Last das elektronische Vorschaltgerät im abfallenden Bereich des jeweiligen Kurvenzugs von UZw zu betreiben ist.
  • Beträgt die Zwischenkreisspannung 430 V und ist für den Lampentyp, der am Ausgang A1, A2 des elektronischen Vorschaltgeräts angeschlossen ist, ein Nennwert des Lampenstroms von 300 mA erforderlich, so ist die Lampe im Arbeitspunkt P1 zu betreiben, das heißt der Mikrocontroller 14 wählt vorliegend eine Frequenz f23 von 70 kHz.
  • Wird nunmehr, beispielsweise aufgrund einer sinkenden Netzspannung UN, am Ausgang des Gleichrichters 10 eine kleinere Spannung Ugl bereitgestellt, so kann durch entsprechende Ansteuerung des Schalters S1, das heißt durch die Wahl der Frequenz f1, eine entsprechend kleinere Zwischenkreisspannung eingestellt werden, beispielsweise UZw gleich 370 V. Zur Einstellung eines Lampenstroms von ILa gleich 300 mA wird die Lampe La am Arbeitspunkt P2 betrieben, das heißt f23 beträgt 30 kHz. Sinkt nun die Netzspannung UN auf noch kleinere Werte, so sinkt auch Ugl am Ausgang des Gleichrichters 10. Wird nun die Zwischenkreisspannung UZw entsprechend abgesenkt, beispielsweise auf UZw gleich 270 V, so zeigt die Darstellung von Fig. 2, dass kein Arbeitspunkt mehr gefunden werden kann, in dem die Lampe la mit dem geforderten Lampenstrom ILa von 300 mA betrieben werden kann.
  • Fig. 3 zeigt für eine besonders bevorzugte Ausführungsform die Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung UZw von der Spannung Upeak, das heißt dem Spannungswert des Scheitels der Spannung Ugl am Eingang des Boost-Konverters 12. Bei großen Amplituden von Upeak, die den ersten Wertebereich W1 darstellen, gilt: U ZW = a . U peak , wobei a > 1.
    Figure imgb0001
  • Bevorzugt beträgt a zwischen 1,02 und 1,10. Dadurch arbeitet ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät einerseits bei äußerst niedrigen Verlusten, andererseits wird eine sinusförmige Stromaufnahme sichergestellt. Dies ist möglich bis zu einem Grenzwert Upeak = U Zw min / a, der den Beginn des zweiten Wertebereichs W2 darstellt. Dabei ist durch UZwmin die minimale Zwischenkreisspannung definiert, die abhängig vom Typ der Lampe La, die am Ausgang A1, A2 des elektronischen Vorschaltgeräts angeschlossen ist, vorgegeben ist, um den Lampennennstrom zu erreichen. Entsprechende Werte des Lampennennstroms beziehungsweise der Lampenleistung und/oder der minimalen Zwischenkreisspannung UZwmin können für verschiedene Lampentypen im Mikrocontroller 14, beispielsweise in Form einer look-up table, abgelegt sein.
  • Der Mikrocontroller 14 ist bevorzugt ausgelegt, vor Betrieb der Lampe La eine Messroutine zu durchfahren, um den Typ der am Ausgang A1, A2 angeschlossenen Lampe La zu bestimmen. Einschlägige Maßnahmen hierzu sind dem Fachmann bekannt. Daraufhin liest der Mikrocontroller 14 die zu dem bestimmten Lampentyp zugehörigen Werte des Lampennennstroms beziehungsweise der minimalen Zwischenkreisspannung UZwmin aus der look-up table aus und berücksichtigt diese Werte bei der Ansteuerung des Schalters S1, insbesondere durch entsprechende Wahl der Frequenz f1. Unterhalb des Grenzwerts Upeak = U Zw min / a wird von dem linearen Verhältnis UZw = a·Upeak abgewichen und UZw = U Zwmin gesetzt.
  • Der Wert UZwmin kann weiterhin abhängig gemacht werden von anderen Randbedingungen, beispielsweise ob das elektronische Vorschaltgerät direkt aus einer Gleichspannungsquelle gespeist wird oder aus einer Wechselspannungsquelle, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1, sowie von der sich ergebenden Frequenz f23.

Claims (7)

  1. Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Entladungslampen (La), für deren Betrieb ein unterschiedlicher Lampenstrom (ILa) erforderlich ist, umfassend:
    - einen Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungsgleichspannung (UN);
    - einen Boost-Konverter (12) mit einer Boostdrossel (L1), einem Boostschalter (S1), der eine Steuerelektrode, eine Bezugselektrode und eine Arbeitselektrode aufweist, und einer Boostdiode (D1), wobei der Boost-Konverter (12) eingangsseitig zwischen den ersten (E1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist und einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss aufweist;
    - einer Brückenschaltung mit einem ersten (S2) und einem zweiten elektronischen Schalter (S3), wobei der erste (S2) und der zweite elektronische Schalter (S3) jeweils eine Steuerelektrode, eine Bezugselektrode und eine Arbeitselektrode aufweisen, wobei die Serienschaltung des ersten (S2) und des zweiten elektronischen Schalters (S3) unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts (BM1) zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) gekoppelt ist;
    - einen Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Anschließen der Entladungslampe (La), wobei der erste Ausgangsanschluss (A1) mit dem ersten Brückenmittelpunkt (BM1) gekoppelt ist und wobei der zweite Ausgangsanschluss (A2) mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist;
    - eine Lampendrossel (L2), die seriell zwischen den ersten Brückenmittelpunkt (BM1) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) des elektronischen Vorschaltgeräts gekoppelt ist;
    - einer ersten Spannungsmessvorrichtung (R1, R2), die ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) zu messen;
    - einer zweiten Spannungsmessvorrichtung (R3, R4), die ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) zu messen; und
    - einem Mikrocontroller (14) mit einem ersten Eingang (EM1), der mit der ersten Spannungsmessvorrichtung (R1, R2) gekoppelt ist, einem zweiten Eingang (EM2), der mit der zweiten Spannungsmessvorrichtung (R3, R4) gekoppelt ist, einem ersten Ausgang (AM1) der mit der Steuerelektrode des ersten elektronischen Schalters (S2) gekoppelt ist, einem zweiten Ausgang (AM2), der mit der Steuerelektrode des zweiten elektronischen Schalters (S3) gekoppelt ist, und einem dritten Ausgang, der mit der Steuerelektrode des Boostschalters gekoppelt ist, wobei der Mikrocontroller ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters durch Variation der Schaltfrequenz des am dritten Ausgang bereitgestellten Signals zu regeln,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mikrocontroller (14) weiterhin ausgelegt ist, die Spannung (UZw) zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) auf einen Wert zu regeln, der von dem Wert der Spannung (Ugl) zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) abhängt.
  2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mikrocontroller (14) ausgelegt ist, die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) derart zu regeln, dass sie zumindest innerhalb eines ersten Wertebereichs (W1) des Spannungswerts (Upeak) des Scheitels der Spannung (Ugl) zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) oder innerhalb eines ersten Wertebereichs des Spannungswerts zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) eine vorgebbare Schwelle über dem Spannungswert (Upeak) des Scheitels der Spannung zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) liegt.
  3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die vorgebbare Schwelle zwischen 2 und 10 %, insbesondere zwischen 4 und 8 %, des Spannungswerts (Upeak) des Scheitels der Spannung (Ugl) zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) beträgt.
  4. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mikrocontroller (14) weiterhin ausgelegt ist, durch Durchfahren einer Messroutine den Typ der am Ausgang angeschlossenen Entladungslampe (La) zu ermitteln, wobei in dem Mikrocontroller (14) für jeden der mindestens zwei Typen von Entladungslampen (La) ein unterer Grenzwert für den ersten Wertebereich (W1) des Spannungswerts (Upeak) des Scheitels der Spannung (Ugl) zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) oder ein unterer Grenzwert (UZwmin) für den ersten Wertebereich des Spannungswerts zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) abgelegt ist.
  5. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Typ von Entladungslampe (La) durch den Nennwert seines Lampenstroms (ILa) und/oder den Nennwert seiner Lampenleistung repräsentiert ist.
  6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Mikrocontroller (14) ausgelegt ist, in einem zweiten Wertebereich, der sich unterhalb des unteren Grenzwerts für den ersten Wertebereich (W1) des Spannungswerts (Upeak) des Scheitels der Spannung (Ugl) zwischen dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) anschließt, oder in einem zweiten Wertebereich (W2), der sich unterhalb des unteren Grenzwerts (UZwmin) für den ersten Wertebereich (W1) des Spannungswerts (UZw) zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) anschließt, durch Variation der Schaltfrequenz (f1) des am dritten Ausgang (AM3) bereitgestellten Signals die Spannung (UZw) zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12) auf eine Mindestspannung (UZwmin) zu regeln.
  7. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mindestspannung (UZwmin) mindestens so groß ist wie der untere Grenzwert des ersten Wertebereichs (W1) der Spannung (UZw) zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss des Boost-Konverters (12), insbesondere diesem unteren Grenzwert entspricht.
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