EP2327276B1 - Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer entladungslampe - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a circuit arrangement for operating a discharge lamp, comprising an input having a first and a second input terminal for connecting a supply voltage, a first electronic switch having a control electrode, a working electrode and a reference electrode, wherein the working electrode coupled to the first input terminal is a first diode whose anode is coupled to the second input terminal and whose cathode is coupled to form a first connection point with the reference electrode of the first electronic switch, a control device which is coupled to drive the first electronic switch with the control electrode, an output with a first and a second output terminal for providing an output voltage to the discharge lamp, an inductance arranged serially to one of the output terminals, a lamp inductor interposed between the first connection point and the first output terminal is coupled, and a first capacitor coupled between the first output terminal and the anode of the first diode, wherein the control device is adapted to the first electronic switch continuously for a turn-on time and non-conductive for a turn-off turn. It also relates to
- Such a circuit arrangement is known from the prior art. It is essentially a buck converter with a downstream ignition device for the discharge lamp, the mentioned inductance representing the ignition inductance.
- the mentioned inductance representing the ignition inductance.
- US 2005/007036 A1 shows a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.
- the object of the present invention is, therefore, to further develop a circuit arrangement mentioned at the outset or a method mentioned at the outset in such a way that extinction of the discharge lamp is reliably prevented with low power loss.
- the present invention is based on the finding that vibrations can occur in the output circuit as a function of the starting inductance and the first capacitor. At low lamp impedances, they are little attenuated and can interfere with lamp operation as the lamp current oscillates.
- a measurement of the output current is provided, which is controlled by appropriate control of the first electronic switch, the output current fixed frequency peak-to-peak. If an oscillation now occurs in the output circuit, this can lead to switch-on cycles failing completely and the effective drive frequency to approach the resonance frequency, which is essentially determined by the ignition inductance and the first capacitor.
- the control loop thus "moves into vibration". At the same time, the current can even swing into negative, causing the lamp to go out.
- the present invention eliminates the above-mentioned problem in that in the continuous mode, the circuit arrangement is not operated almost fixed frequency, but the turn-off of the first electronic switch is varied.
- the distance to the mentioned resonant frequency is determined and a sufficient distance is established by varying the switch-off time. This reliably prevents "pulling in” of the control loop into the oscillation. As a result, it is possible to reliably avoid extinction of the discharge lamp without the use of additional ohmic resistors for damping the output circuit.
- the control device is designed to vary the turn-off time proportionally, in particular directly or indirectly proportionally, to the output voltage.
- the control device is designed to shorten the turn-off time when the output voltage increases, and vice versa. If T a represents the on-time, T off the off-time, L Z the inductance arranged serially to one of the output terminals, and C 1 the capacitance of the first capacitor, the control device is designed to vary the off-time such that: 1 T one + T out ⁇ 1 2 ⁇ ⁇ ⁇ L z ⁇ C 1
- the control device particularly preferably avoids a range of 20 percent below to 20 percent above the resonance frequency, so that the following applies: 1 T one + T out ⁇ 0 . 8th ⁇ to ⁇ 1 . 2 * 1 2 ⁇ ⁇ ⁇ L z ⁇ C 1
- the detuning of the resonant circuit from the first capacitor and the inductance due to the impedance of the discharge lamp to be connected to the output must be taken into account in the respective above-mentioned formula. This allows particularly precise values for the frequencies to be avoided to be determined and taken into account in the control by the control device.
- a circuit arrangement according to the invention further comprises a current measuring resistor, which is coupled between the anode of the first diode and the second input terminal, for measuring the current through the first electronic switch in its conducting state, wherein the control device is coupled to the current measuring resistor and adapted to the on-time to vary the current to a predeterminable value.
- the switch-on time is regulated in such a way that the average current remains constant despite the different switch-off times.
- a preferred embodiment of a circuit arrangement according to the invention further comprises a second, a third and a fourth electronic switch, wherein the first, the second, the third and the fourth electronic switch constitute a full bridge, wherein the first connection point a the first bridge center, wherein the circuit arrangement further comprises a second diode which is coupled in parallel to the first electronic switch, wherein the second electronic switch is coupled in parallel to the first diode, wherein the third and the fourth electronic switch to form a second connection point, the one represent second bridge center, are coupled together, wherein the second bridge center represents the second output terminal, wherein the control device is designed to control the first, the second, the third and the fourth electronic switch according to the invention.
- control device is preferably designed to make the third electronic switch conductive, the fourth electronic switch and the first electronic switch nonconductive in a first phase, in a second phase the fourth electronic switch conductive, the third electronic switch and the second electronic switch non-conductive to switch, wherein the first and the second phase with a first predetermined frequency, which is in particular in the low frequency range, continuously alternate, wherein the control device is further designed, in the first phase, the second electronic switch and in the second phase, the first electronic switch with a second predetermined frequency, which is in particular in the high-frequency range, to switch alternately conductive and non-conductive and thereby to vary the turn-off depending on the measured output voltage.
- a free-wheeling diode is connected in parallel to each of the third and fourth electronic switches.
- the circuit arrangement comprises a second capacitor coupled between the first input terminal and the first output terminal.
- the circuit arrangement comprises a second capacitor coupled between the first input terminal and the first output terminal.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
- This comprises an input with a first E 1 and a second input terminal E 2 , to which a supply voltage can be connected. Between the inputs, an optional capacitor C E is arranged, which serves to stabilize the input voltage.
- the circuit arrangement comprises a first electronic switch Q 1 having a control electrode, a working electrode and a reference electrode. The working electrode is coupled to the first input terminal E 1 . Furthermore, a diode D 1 is present, the cathode of which is coupled to form a connection point N with the reference electrode of the electronic switch Q 1 .
- the circuit arrangement further comprises an output with a first A 1 and a second output terminal A 2 , at which an output voltage U A is provided to a discharge lamp La.
- an output voltage U A is provided to a discharge lamp La.
- the series connection of a lamp inductor L 1 and a Zündinduktterrorism L Z is arranged.
- the connection point between the lamp inductor L 1 and the starting inductance L Z is coupled via a capacitor C 1 to the second output terminal A 2 .
- the anode of the diode D 1 is also coupled to the output terminal A 2 .
- a voltage measuring device 10 For measuring the output voltage U A , a voltage measuring device 10 is provided. A quantity correlated with the measured output voltage U A is coupled to a control device 12 which is coupled to the control electrode of the electronic switch Q 1 , to control this. The controller 12 is also coupled to a current measuring device 14, which measures and provides to the controller 12 the voltage across a current measuring resistor R S coupled between the anode of the diode D 1 and the second input terminal E 2 . Dashed lines show a firing capacitor C Z1 .
- the control device 12 is designed according to the invention to vary the turn-off time of the switch Q 1 as a function of the measured output voltage U A.
- the variation takes place in particular in such a way that the frequency with which the switch Q 1 is driven differs from a resonance frequency and its multiples, which are essentially defined by the starting inductance L Z and the first capacitor C 1 .
- the current flowing through the lamp inductor L 1 is denoted by I L1
- the current flowing through the lamp La is I La
- the current flowing through the switch Q 1 is denoted by I Q1 .
- Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a circuit arrangement according to the invention, wherein the circuit arrangement now has a full bridge topology.
- Reference numerals associated with Fig. 1 have been introduced, apply to identical and equivalent components of Fig. 2 continue and will not be re-introduced.
- the switch Q 1 has a second diode D 2 connected in parallel.
- a second capacitor C 2 is coupled.
- a first bridge center BM1 Between the first switch Q 1 and the second switch Q 2 is a first bridge center BM1, between the third Switch Q 3 and the fourth switch Q 4, a second bridge center BM2 formed.
- the ignition inductance L Z is arranged between the second output terminal A 2 and the second bridge center BM2.
- a further ignition capacitor C Z2 is shown, which may be provided as an alternative or in addition to the ignition capacitor C Z1 . This can be coupled in parallel to the two output terminals A 1 , A 2 .
- the operation of the circuit of Fig. 2 is carried out by appropriate control of the switches Q 1 to Q 4 12 by the control device
- the control device 12 in a first stage, controls the switch Q4 conductive, the switch Q 3, and Q 2 is not conductive.
- the switch Q 3 In a second phase, the switch Q 3 is turned on , the switches Q 4 and Q 1 are turned off .
- the first and the second phase alternate constantly with a first predeterminable frequency, which lies in particular in the low-frequency range.
- the switch Q 1 and in the second phase of the switch Q 2 with a second predetermined frequency, which is in particular in the high frequency range, alternately switched conductive and non-conductive.
- the turn-off time is varied in dependence on the measured output voltage U A in such a way that the drive frequency differs from the resonance frequency, which is essentially defined by the capacitances C 1 , C 2 and the ignition inductance L Z , and their multiples.
- FIGS. 3 and 4 illustrate once again the considerations and findings underlying this present invention.
- Fig. 3 the time course of various currents in a peak-to-peak regulation of the current I Q1 through the switch Q 1 . Shown is a Abschaltstromschwelle I S.
- I S Abschaltstromschwelle
- the switch I Q1 is switched to the non-conducting state.
- the switch is a T and leads to an increase of the current I L1 through the lamp inductor L1.
- the current through the lamp inductor I L1 decreases continuously, see T from . Furthermore, the current I D1 is drawn in the freewheeling phase, ie with the switch Q 1 open. Finally, the supplied to the discharge lamp La current I La , which corresponds to the average current I L1quer through the lamp inductor L 1 is entered.
- Fig. 4 shows the situation when an oscillation occurs in the output circuit, ie the output current I La .
- the current sensing resistor R S in the maximum of vibration an "offset", that is, the off time is reached earlier and at first the on-time T sinks.
- T is one as before, that it is coupled at minimum more energy than the maximum.
- energy with the natural frequency of the resonant circuit of Zündindukttechnik L Z and capacitor C 1 , C 2 is coupled.
- the circle swings up, the offset increases in the maximum, until it is so high that at the switch-on, see t 1 of Fig. 4 , the switch Q 1 is already reached the switch-off threshold.
- the switch Q 1 no longer turns on. All the energy is coupled in at the minimum, the circle becomes excited with its resonant frequency. In other words, the control loop "pulls itself into the vibration".
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe, umfassend einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anschließen einer Versorgungsspannung, einen ersten elektronischen Schalter, der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt ist, eine erste Diode, deren Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist und deren Kathode unter Ausbildung eines ersten Verbindungspunkts mit der Bezugselektrode des ersten elektronischen Schalters gekoppelt ist, eine Steuervorrichtung, die zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist, einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung an die Entladungslampe, eine Induktivität, die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse angeordnet ist, eine Lampendrossel, die zwischen den ersten Verbindungspunkt und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Ausgangsanschluss und die Anode der ersten Diode gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter fortwährend für eine Einschaltzeit leitend und für eine Ausschaltzeit nichtleitend zu schalten. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe.
- Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Sie stellt sich im Wesentlichen als Buck-Konverter mit nachgeschalteter Zündvorrichtung für die Entladungslampe dar, wobei die erwähnte Induktivität die Zündinduktivität darstellt. In der Praxis wurde nun festgestellt, dass Entladungslampen, die an einer derartigen Schaltungsanordnung betrieben werden, bisweilen verlöschen. Durch die Einführung zusätzlicher ohmscher Widerstände in den Ausgangskreis, d. h. seriell zur Entladungslampe, konnte das Verlöschen weitgehend verhindert werden. Allerdings ist diese Lösung im Hinblick auf die entstehende Verlustleistung unerwünscht.
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US 2005/007036 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung nach dem Präambel von Anspruch 1. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt deshalb darin, eine eingangs genannte Schaltungsanordnung beziehungsweise ein eingangs genanntes Verfahren derart weiterzubilden, dass ein Verlöschen der Entladungslampe bei geringer Verlustleistung zuverlässig verhindert wird.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 14.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in Abhängigkeit der Zündinduktivität und des ersten Kondensators Schwingungen im Ausgangskreis auftreten können. Bei niedrigen Lampenimpedanzen werden sie wenig bedämpft und können den Lampenbetrieb stören, da der Lampenstrom schwingt. Bei der üblichen weiteren Beschaltung einer aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemäßen Schaltungsanordnung ist eine Messung des Ausgangsstroms vorgesehen, wobei durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters der Ausgangsstrom festfrequent peak-to-peak geregelt wird. Tritt nun im Ausgangskreis eine Schwingung auf, so kann das dazu führen, dass Einschaltzyklen gänzlich ausfallen und die effektive Ansteuerfrequenz sich der Resonanzfrequenz, die im Wesentlichen durch die Zündinduktivität und den ersten Kondensator bestimmt ist, annähert. Der Regelkreis zieht sich also "in die Schwingung hinein". Dabei kann der Strom sogar ins Negative schwingen und dadurch die Lampe zum Verlöschen bringen.
- Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise der Einfügung von ohmschen Widerständen in den Ausgangskreis diente unwissentlich dazu, die Schwingung zu bedämpfen, führte jedoch zu unerwünscht hoher Verlustleistung.
- Auf der Basis dieser Erkenntnisse beseitigt die vorliegende Erfindung das oben genannte Problem dadurch, dass im Continuous Mode die Schaltungsanordnung nicht nahezu festfrequent betrieben wird, sondern die Ausschaltzeit des ersten elektronischen Schalters variiert wird. Durch Messung der Ausgangsspannung wird der Abstand zur genannten Resonanzfrequenz ermittelt und durch Variation der Ausschaltzeit ein ausreichender Abstand dazu hergestellt. Dadurch wird ein "Hineinziehen" des Regelkreises in die Schwingung zuverlässig vermieden. Als Folge davon lässt sich ein Verlöschen der Entladungslampe auch ohne Verwendung zusätzlicher ohmscher Widerstände zur Bedämpfung des Ausgangskreises zuverlässig vermeiden.
- Die Steuervorrichtung ist ausgelegt, die Ausschaltzeit proportional, insbesondere direkt oder indirekt proportional, zur Ausgangsspannung zu variieren. Die Steuer-vorrichtung ist ausgelegt, bei einer Vergrößerung der Ausgangsspannung die Ausschaltzeit zu verkürzen und umgekehrt. Wenn Tein die Einschaltzeit, Taus die Ausschaltzeit, LZ die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse angeordnete Induktivität und C1 die Kapazität des ersten Kondensators darstellt, ist die Steuervorrichtung ausgelegt, die Ausschaltzeit derart zu variieren, dass gilt:
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- Insbesondere wenn die Impedanz der am Ausgang anzuschließenden Entladungslampe nicht zu vernachlässigen ist, ist in der jeweiligen, oben erwähnten Formel die Verstimmung des Schwingkreises aus dem ersten Kondensator und der Induktivität durch die Impedanz der am Ausgang anzuschließenden Entladungslampe zu berücksichtigen. Damit lassen sich besonders präzise Werte für die zu vermeidenden Frequenzen ermitteln und bei der Steuerung durch die Steuervorrichtung berücksichtigen.
- Bevorzugt umfasst eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weiterhin einen Strommesswiderstand, der zwischen die Anode der ersten Diode und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, zur Messung des Stroms durch den ersten elektronischen Schalter in dessen leitendem Zustand, wobei die Steuervorrichtung mit dem Strommesswiderstand gekoppelt und ausgelegt ist, die Einschaltzeit zur Regelung des Stroms auf einen vorgebbaren Wert zu variieren. Dabei wird die Einschaltzeit insbesondere so geregelt, dass der mittlere Strom trotz der unterschiedlichen Ausschaltzeiten konstant bleibt.
- Die vorgenannten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betreffen insbesondere Realisierungen mit einem einzigen elektronischen Schalter. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee ist jedoch insbesondere auch auf eine Vollbrückentopologie übertragbar. Insofern umfasst eine bevorzugte Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weiterhin einen zweiten, einen dritten und einen vierten elektronischen Schalter, wobei der erste, der zweite, der dritte und der vierte elektronische Schalter eine Vollbrücke darstellen, wobei der ersten Verbindungspunkt einen ersten Brückenmittelpunkt darstellt, wobei die Schaltungsanordnung weiterhin eine zweite Diode umfasst, die parallel zum ersten elektronischen Schalter gekoppelt ist, wobei der zweite elektronische Schalter parallel zur ersten Diode gekoppelt ist, wobei der dritte und der vierte elektronische Schalter unter Ausbildung eines zweiten Verbindungspunkts, der einen zweiten Brückenmittelpunkt darstellt, miteinander gekoppelt sind, wobei der zweite Brückenmittelpunkt den zweiten Ausgangsanschluss darstellt, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten elektronischen Schalter erfindungsgemäß anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung bevorzugt ausgelegt, in einer ersten Phase den dritten elektronischen Schalter leitend, den vierten elektronischen Schalter und den ersten elektronischen Schalter nichtleitend zu schalten, in einer zweiten Phase den vierten elektronischen Schalter leitend, den dritten elektronischen Schalter und den zweiten elektronischen Schalter nichtleitend zu schalten, wobei sich die erste und die zweite Phase mit einer ersten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Niederfrequenzbereich liegt, fortwährend abwechseln, wobei die Steuervorrichtung weiterhin ausgelegt ist, in der ersten Phase den zweiten elektronischen Schalter und in der zweiten Phase den ersten elektronischen Schalter mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Hochfrequenzbereich liegt, abwechselnd leitend und nichtleitend zu schalten und dabei die Ausschaltzeit in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung zu variieren.
- Bevorzugt ist dem dritten und dem vierten elektronischen Schalter jeweils eine Freilaufdiode parallelgeschaltet.
- Weiterhin bevorzugt umfasst die Schaltungsanordnung einen zweiten Kondensator, der zwischen den ersten Eingangsanschluss und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist. In diesem Fall ist in den obigen Gleichungen anstelle der Kapazität des ersten Kondensators die Gesamtkapazität aus erstem und zweitem Kondensator anzusetzen.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
- Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnen näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem elektronischen Schalter;
- Fig. 2
- in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Vollbrückentopologie;
- Fig. 3
- den zeitlichen Verlauf diverser Ströme bei einer peak-to-peak-Regelung gemäß dem Stand der Technik; und
- Fig. 4
- den zeitlichen Verlauf entsprechender Größen bei Resonanz gemäß dem Stand der Technik.
-
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Diese umfasst einen Eingang mit einem ersten E1 und einem zweiten Eingangsanschluss E2, an den eine Versorgungsspannung angeschlossen werden kann. Zwischen den Eingängen ist ein optionaler Kondensator CE angeordnet, der zur Stabilisierung der Eingangsspannung dient. Die Schaltungsanordnung umfasst einen ersten elektronischen Schalter Q1 mit einer Steuerelektrode, einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode. Die Arbeitselektrode ist mit dem ersten Eingangsanschluss E1 gekoppelt. Weiterhin ist eine Diode D1 vorhanden, deren Kathode unter Ausbildung eines Verbindungspunkts N mit der Bezugselektrode des elektronischen Schalters Q1 gekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin einen Ausgang mit einem ersten A1 und einem zweiten Ausgangsanschluss A2, an dem eine Ausgangsspannung UA an eine Entladungslampe La bereitgestellt wird. Zwischen dem Verbindungspunkt N und dem ersten Ausgangsanschluss A1 ist die Serienschaltung einer Lampendrossel L1 und einer Zündinduktivität LZ angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen der Lampendrossel L1 und der Zündinduktivität LZ ist über einen Kondensator C1 mit dem zweiten Ausgangsanschluss A2 gekoppelt. Die Anode der Diode D1 ist ebenfalls mit dem Ausgangsanschluss A2 gekoppelt. - Zur Messung der Ausgangsspannung UA ist eine Spannungsmessvorrichtung 10 vorgesehen. Eine Größe, die mit der gemessenen Ausgangsspannung UA korreliert ist, wird an eine Steuervorrichtung 12 gekoppelt, die mit der Steuerelektrode des elektronischen Schalters Q1 gekoppelt ist, um diesen anzusteuern. Die Steuervorrichtung 12 ist überdies mit einer Strommessvorrichtung 14 gekoppelt, die die Spannung, die über einem Strommesswiderstand RS, der zwischen die Anode der Diode D1 und den zweiten Eingangsanschluss E2 gekoppelt ist, misst und an die Steuervorrichtung 12 bereitstellt. Gestrichelt eingezeichnet ist ein Zündkondensator CZ1. Die Steuervorrichtung 12 ist erfindungsgemäß ausgelegt, die Ausschaltzeit des Schalters Q1 in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung UA zu variieren. Die Variation erfolgt insbesondere derart, dass sich die Frequenz, mit der der Schalter Q1 angesteuert wird, von einer Resonanzfrequenz und deren Vielfacher, die im Wesentlichen durch die Zündinduktivität LZ und den ersten Kondensator C1 definiert sind, unterscheidet. Der die Lampendrossel L1 durchfließende Strom ist mit IL1, der die Lampe La durchfließende Strom ist mit ILa und der den Schalter Q1 durchfließende Strom ist mit IQ1 bezeichnet.
-
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung nunmehr eine Vollbrückentopologie aufweist. Bezugszeichen, die in Zusammenhang mitFig. 1 eingeführt wurden, gelten für gleiche und gleich wirkende Bauelemente vonFig. 2 weiter und werden nicht nochmals eingeführt. - Diese umfasst weiterhin einen zweiten Q2, einen dritten Q3 und einen vierten Schalter Q4. Dem Schalter Q1 ist eine zweite Diode D2 parallelgeschaltet. Zwischen den ersten Eingangsanschluss E1 und den ersten Ausgangsanschluss A1 ist ein zweiter Kondensator C2 gekoppelt. Zwischen dem ersten Schalter Q1 und dem zweiten Schalter Q2 ist ein erster Brückenmittelpunkt BM1, zwischen dem dritten Schalter Q3 und dem vierten Schalter Q4 ein zweiter Brückenmittelpunkt BM2 gebildet. Vorliegend ist die Zündinduktivität LZ zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss A2 und dem zweiten Brückenmittelpunkt BM2 angeordnet. Optional ist ein weiterer Zündkondensator CZ2 eingezeichnet, der alternativ oder zusätzlich zum Zündkondensator CZ1 vorgesehen sein kann. Dieser kann parallel zu den beiden Ausgangsanschlüssen A1, A2 gekoppelt sein.
- Der Betrieb der Schaltungsanordnung von
Fig. 2 erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der Schalter Q1 bis Q4 durch die Steuervorrichtung 12. Dabei steuert die Steuervorrichtung 12 in einer ersten Phase den Schalter Q4 leitend, die Schalter Q3 und Q2 nichtleitend. In einer zweiten Phase wird der Schalter Q3 leitend, die Schalter Q4 und Q1 nichtleitend geschaltet. Die erste und die zweite Phase wechseln sich fortwährend mit einer ersten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Niederfrequenzbereich liegt, ab. In der ersten Phase wird der Schalter Q1 und in der zweiten Phase der Schalter Q2 mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Hochfrequenzbereich liegt, abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet. Dabei wird die Ausschaltzeit in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung UA derart variiert, dass sich die Ansteuerfrequenz von der Resonanzfrequenz, die im Wesentlichen durch die Kapazitäten C1, C2 und die Zündinduktivität LZ definiert ist, und deren Vielfacher unterscheiden. - Die
Figuren 3 und 4 verdeutlichen nochmals die Überlegungen und Erkenntnisse, die dieser vorliegenden Erfindung zugrunde liegen. Für die grundsätzliche Topologie vonFig. 2 - allerdings ohne erfindungsgemäße Steuerung - zeigtFig. 3 den zeitlichen Verlauf diverser Ströme bei einer peak-to-peak-Regelung des Stroms IQ1 durch den Schalter Q1. Eingezeichnet ist eine Abschaltstromschwelle IS. Sobald der Strom durch den Schalter diesen Stromwert IS erreicht, wird der Schalter IQ1 in den nichtleitenden Zustand geschaltet. Die Einschaltzeit beträgt Tein und führt zum Ansteigen des Stroms IL1 durch die Lampendrossel L1. Nach dem Ausschalten des Schalters Q1, d. h. in der Entmagnetisierungsphase der Lampendrossel L1, nimmt der Strom durch die Lampendrossel IL1 kontinuierlich ab, siehe Taus. Weiterhin ist eingezeichnet der Strom ID1 in der Freilaufphase, d. h. bei geöffnetem Schalter Q1. Schließlich ist eingetragen der an die Entladungslampe La bereitgestellte Strom ILa, der dem mittleren Strom IL1quer durch die Lampendrossel L1 entspricht. -
Fig. 4 zeigt die Situation bei Auftreten einer Schwingung im Ausgangskreis, d. h. des Ausgangsstroms ILa. Tritt eine Schwingung im Ausgangskreis auf, erhält der Strom durch den Strommesswiderstand RS im Maximum der Schwingung einen "Offset", d. h. der Ausschaltzeitpunkt wird früher erreicht und anfangs sinkt die Einschaltzeit Tein. Im Minimum der Schwingung bleibt Tein wie gehabt, d. h. es wird im Minimum mehr Energie eingekoppelt als im Maximum. Insbesondere wird Energie mit der Eigenfrequenz des Schwingkreises aus Zündinduktivität LZ und Kondensator C1, C2 eingekoppelt. In der Folge schwingt sich der Kreis auf, der Offset im Maximum steigt, bis er so hoch ist, dass im Einschaltzeitpunkt, siehe t1 vonFig. 4 , des Schalters Q1 bereits die Abschaltschwelle erreicht ist. Damit schaltet der Schalter Q1 nicht mehr ein. Die gesamte Energie wird im Minimum eingekoppelt, der Kreis wird mit seiner Resonanzfrequenz angeregt. Mit anderen Worten: Der Regelkreis "zieht sich in die Schwingung hinein".
Claims (13)
- Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe umfassend:- einen Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungsspannung;- einen ersten elektronischen Schalter (Q1), der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsanschluss E1) gekoppelt ist;- eine erste Diode (D1), deren Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist und deren Kathode unter Ausbildung eines ersten Verbindungspunkts (N) mit der Bezugselektrode des ersten elektronischen Schalters (Q1) gekoppelt ist;- eine Steuervorrichtung (12), die zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters (Q1) mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist;- einen Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (UA) an die Entladungslampe (La);- eine Induktivität (LZ), die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse (A1; A2) angeordnet ist;- eine Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Verbindungspunkt (N( und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; und- einen ersten Kondensator (C1), der zwischen den ersten Ausgangsanschluss (A1) und die Anode der ersten Diode (D1) gekoppelt ist;wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Q1) fortwährend für eine Einschaltzeit leitend und für eine Ausschaltzeit nichtleitend zu schalten; wobei die Schaltungsanordnung weiterhin eine Spannungsmessvorrichtung (10) zur Messung der Ausgangsspannung (UA) umfasst, wobei die Spannungsmessvorrichtung (10) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein Signal bereitzustellen, das mit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) korreliert ist, wobei die Spannungsmessvorrichtung (10) zur Übertragung dieses Signals an die Steuervorrichtung (12) mit der Steuervorrichtung (12) gekoppelt ist, und wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) zu variieren, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) proportional zur Ausgangsspannung (UA) zu variieren, und bei einer Vergrößerung der Ausgangsspannung (UA) die Ausschaltzeit (Taus) zu verkürzen und umgekehrt, - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) direkt proportional zu variieren. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) indirekt proportional zu variieren.
wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) derart zu variieren, dass gilt:
wobei Tein die Einschaltzeit, Taus die Ausschaltzeit, LZ die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse (A1; A2) angeordnete Induktivität (LZ), und C1 die Kapazität des ersten Kondensators (C1) darstellt. - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der jeweiligen Formel die Verstimmung des Schwingkreises aus dem ersten Kondensator (C1) und der Induktivität (LZ) durch die Impedanz der am Ausgang anzuschließenden Entladungslampe (La) berücksichtigt ist. - Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie weiterhin einen Strommesswiderstand (RS) umfasst, der zwischen die Anode der ersten Diode (D1) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, zur Messung des Stroms durch den ersten elektronischen Schalter (Q1) in dessen leitendem Zustand, wobei die Steuervorrichtung (12) mit dem Strommesswiderstand gekoppelt und ausgelegt ist, die Einschaltzeit (Tein) zur Regelung des Stroms auf einen vorgebbaren Wert zu variieren. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungsanordnung weiterhin einen zweiten (Q1), einen dritten (Q4) und einen vierten elektronischen Schalter (Q3) umfasst, wobei der erste (Q2), der zweite (Q1), der dritte (Q4) und der vierte elektronische Schalter (Q3) eine Vollbrücke darstellen, wobei der erste Verbindungspunkt (N) einen ersten Brückenmittelpunkt darstellt,
wobei die Schaltungsanordnung weiterhin eine zweite Diode (D2) umfasst, die parallel zum ersten elektronischen Schalter (Q2) gekoppelt ist, wobei der zweite elektronische Schalter (Q1) parallel zur ersten Diode (D1) gekoppelt ist, wobei der dritte (Q4) und der vierte elektronische Schalter (Q3) unter Ausbildung eines zweiten Verbindungspunkts, der einen zweiten Brückenmittelpunkt darstellt, miteinander gekoppelt sind, wobei der zweite Brückenmittelpunkt den zweiten Ausgangsanschluss (A2) darstellt, wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den ersten (Q2), den zweiten (Q1), den dritten (Q4) und den vierten elektronischen Schalter (Q3) anzusteuern. - Schaltungsanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist,
in einer ersten Phase den dritten elektronischen Schalter (Q4) leitend, den vierten elektronischen Schalter (Q3) und den ersten elektronischen Schalter (Q2) nichtleitend zu schalten,
in einer zweiten Phase den vierten elektronischen Schalter (Q3) leitend, den dritten elektronischen Schalter (Q4) und den zweiten elektronischen Schalter (Q1) nichtleitend zu schalten,
wobei sich die erste und die zweite Phase mit einer ersten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Niederfrequenzbereich liegt, fortwährend abwechseln, wobei die Steuervorrichtung (12) weiterhin ausgelegt ist,
in der ersten Phase den zweiten elektronischen Schalter (Q1) und in der zweiten Phase den ersten elektronischen Schalter (Q2) mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Hochfrequenzbereich liegt, abwechselnd leitend und nichtleitend zu schalten und dabei die Ausschaltzeit in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung zu variieren. - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem dritten (Q4) und dem vierten elektronischen Schalter (Q3) jeweils eine Freilaufdiode parallelgeschaltet ist. - Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungsanordnung weiterhin einen zweiten Kondensator (C2) umfasst, der zwischen den ersten Eingangsanschluss (E1) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist. - Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe an einer Schaltungsanordnung mit einem Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungsspannung; einem ersten elektronischen Schalter (Q1), der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsanschluss (E1) gekoppelt ist; einer ersten Diode (D1), deren Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist und deren Kathode unter Ausbildung eines ersten Verbindungspunkts (N) mit der Bezugselektrode des ersten elektronischen Schalters (Q1) gekoppelt ist; einer Steuervorrichtung (12), die zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters (Q1) mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist; einem Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (UA) an die Entladungslampe (La); einer Induktivität (LZ), die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse (A1; A2) angeordnet ist; einer Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Verbindungspunkt (N) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; und einem ersten Kondensator (C1), der zwischen den ersten Ausgangsanschluss (A1) und die Anode der ersten Diode (D1) gekoppelt ist; wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Q1) fortwährend für eine Einschaltzeit (Tein) leitend und für eine Ausschaltzeit (Taus) nichtleitend zu schalten; gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Messen der Ausgangsspannung (UA);b) Koppeln eines Signals, das mit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) korreliert ist, an die Steuervorrichtung (12); und
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