EP2656696A1 - Auswertung der versorgungsspannung von betriebsgeräten für leuchtmittel - Google Patents

Auswertung der versorgungsspannung von betriebsgeräten für leuchtmittel

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Publication number
EP2656696A1
EP2656696A1 EP11815664.5A EP11815664A EP2656696A1 EP 2656696 A1 EP2656696 A1 EP 2656696A1 EP 11815664 A EP11815664 A EP 11815664A EP 2656696 A1 EP2656696 A1 EP 2656696A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
circuit
mains
components
analysis circuit
Prior art date
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Application number
EP11815664.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2656696B1 (de
Inventor
Christian Nesensohn
Christoph VONACH
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Tridonic GmbH and Co KG filed Critical Tridonic GmbH and Co KG
Publication of EP2656696A1 publication Critical patent/EP2656696A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2656696B1 publication Critical patent/EP2656696B1/de
Active legal-status Critical Current
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
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/185—Controlling the light source by remote control via power line carrier transmission

Definitions

  • From EP 0 939 476 B1 is a device with a bridge rectifier, which is turned on in a first state of an emergency operation in a safety power supply branch.
  • the device includes switching elements that connect certain intended only for emergency lights only with the voltage applied to the input supply voltage when the supply voltage is a constant or only positive half-waves existing DC voltage, but not if the supply voltage is an AC voltage. A precise differentiation of different supply voltages in the DC and AC voltage range is not possible.
  • DE 10 2007 040 555 A1 discloses a method and a circuit for identifying the type of voltage Vmains, which is present in two of three different temporal voltage waveforms.
  • the circuit includes a bridge rectifier, from which two measuring circuits emanate, with positive current components in one measuring circuit and negative current components in the other flow.
  • the identification of the type of applied voltage is performed by an evaluation circuit part.
  • the invention is based on DE 10 2007 040 555 AI and further develops this to the effect that an analysis circuit is provided, which further the currents of the two measuring circuits from DE 10 2007 040 555 AI, for example, to determine the desired parameters of the applied voltage evaluates and analyzes.
  • an analysis circuit is provided, which further the currents of the two measuring circuits from DE 10 2007 040 555 AI, for example, to determine the desired parameters of the applied voltage evaluates and analyzes.
  • the invention provides a ballast having separate measurement circuits for decomposing a voltage rectified by a rectifying means into a positive and a negative voltage component, the voltage being e.g. As an AC voltage, as a pulsating DC voltage or constant DC voltage may be present, an evaluation circuit which evaluates the voltage components of the two measuring circuits for identifying the type of voltage applied, and an analysis circuit which analyzes the voltage components via an AD converter, and further features the voltage is calculated, eg presence of an overvoltage, in particular by reverse polarity, an amplitude value, an average value of the voltage and / or an information modulated onto the voltage.
  • an AC voltage as a pulsating DC voltage or constant DC voltage may be present
  • an evaluation circuit which evaluates the voltage components of the two measuring circuits for identifying the type of voltage applied
  • an analysis circuit which analyzes the voltage components via an AD converter, and further features the voltage is calculated, eg presence of an overvoltage, in particular by reverse polarity, an amplitude value, an average value of
  • the AD converter may be adaptive and may dictate a time window for measuring the voltage components based on a frequency of the voltage.
  • the factors may depend on whether clamping is provided.
  • the analysis circuit can determine the zero crossings of the voltage.
  • At least one threshold value may be provided in the analysis circuit and the analysis circuit may detect the applied voltage based on its behavior with respect to the at least one threshold value.
  • the invention provides a circuit for analyzing a voltage, in particular supplied to a ballast supply voltage, which in at least two of at least three different time courses, such. B.
  • the invention provides a method of analyzing a voltage that at least in two of at least three different time courses, such. B. as AC voltage, as a pulsating DC voltage or as a constant DC voltage, wherein the present voltage is rectified, such that it is decomposed into a positive and a negative voltage component, that the two voltage components are used as voltage sources for two measuring circuits, and that the currents in the two measuring circuits are evaluated to identify the type of voltage present, wherein an analysis circuit via an AD converter the
  • Voltage components analyzed, and other features of the voltage calculated, e.g. presence of an overvoltage, in particular by reverse polarity, an amplitude value, an average value of the voltage and / or an information modulated onto the voltage.
  • Fig. 1 shows a circuit diagram of a circuit according to
  • Fig. 2 shows voltage waveforms to individual
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of a circuit according to
  • Fig. 4 illustrates various factors for
  • Fig. 5 illustrates factors for calculation for
  • Figs. 6-10 show voltage curves
  • the supply voltage ma in s to be evaluated is applied to the input of the circuit, which is part of an electronic ballast (ECG). It can be present as an alternating voltage with successive half-waves of different polarity, as a pulsating direct voltage with successive half-waves of the same polarity, as a constant direct voltage (positive / negative) or as a zero voltage (no voltage).
  • ECG electronic ballast
  • the circuit contains two measuring circuits Ml and M2.
  • the first measuring circuit Ml is shown in dash-dotted lines; the second measuring circuit M2 is shown in dashed lines.
  • both currents flow - as the arrows indicate - through the series resistor R3 and the measuring resistor R4 in the same direction.
  • the resistance values of the separate resistors R1 and R2 are chosen differently.
  • the currents of the two measuring circuits Ml and M2 are different, because the resistor Rl belongs only to the measuring circuit Ml and the resistor R2 only to the measuring circuit M2.
  • the voltage drop across the measuring resistor R4 is evaluated by an evaluation circuit comprising a suppression capacitor C2 and two comparators K1 and K2.
  • the voltage dropping across the measuring resistor R4 is denoted V ac / d c.
  • the comparator 1 on the one hand, receives the measuring voltage drop across R4 and, on the other hand, the voltage V ref / high as a threshold value.
  • the comparator K2 is likewise supplied with the measuring voltage V ac / dc which drops across the measuring resistor R4 and, to this end, the voltage V re f / iow as the threshold value.
  • the supply voltage V ma i ns consists of positive and negative half-circuits.
  • the measuring resistor R4 thereby drops a voltage consisting of positive half-waves, alternately from those with higher and those with lower amplitude.
  • the higher amplitude halfwaves are indicative of the current in the second sense circuit M1, while the lower amplitude halfwaves are indicative of the current in the first sense M2.
  • the evaluation of the voltage profile in the two comparators K1 and K2 takes place in that the comparator K2 with the lower threshold value V ref / i ow at its output generates a pulse train that corresponds to that of the network half-waves.
  • the comparator K1 having the higher threshold value V ref / h i gh only the half-waves of the higher amplitude can cause a response, so that only every second half-wave, and that with the higher amplitude, produces an output pulse.
  • Section B of Fig. 2 (top) now shows a supply voltage V mains , which consists only of positive network half-waves.
  • V mains Such a supply voltage is generated for example by a bridge rectifier.
  • the only positive power half-waves cause only in the measuring circuit Ml with the larger resistance Rl a current flows, due to both half-waves. In the measuring circuit M2, however, no current flows.
  • the measuring voltage drop across the measuring resistor R4 is shown in section B of FIG. 2 below.
  • pulses occur at a pulse repetition frequency of 100 Hz. This voltage pattern is characteristic for the supply voltage V ma ins shown in section B of FIG. 2 (top).
  • the supply voltage V mains consists of a constant positive DC voltage. According to section D of FIG. 2 (below), this results in a constant voltage drop ac / dc at the measuring resistor R4. This is higher than the two threshold values Vref / iow and V re f / high for the comparators K1 and K2. Accordingly, a constant DC voltage occurs at the output of both comparators. The two DC voltages are the same. This voltage pattern is therefore characteristic of the supply voltage V ma i ns shown in section D of FIG. 2 (top).
  • Section E of Fig. 2 (top) shows the case that the supply voltage is a negative constant DC voltage V m ains. According to section E of FIG. 2 (below), this results in a voltage drop V ac / dc across the measuring resistor R4, which voltage is also a constant DC voltage. This is lower than the higher threshold V re f / hign for the comparator Kl, but higher than the lower threshold V re fi ow for the comparator K2. This has the consequence that at the output of the comparator K2 a constant DC voltage occurs, while no voltage occurs at the output of the comparator Kl. This voltage pattern is accordingly indicative of the supply voltage V ma i ns shown in section E of FIG. 2 (top) -
  • the comparators of Fig. 1 are replaced by an evaluation circuit, with which the different supply voltages can be distinguished from each other. Their structure may differ from the comparator arrangement described with reference to FIG. 1.
  • the voltages can also be determined by using a ⁇ C or an ASIC.
  • the evaluation circuit can distinguish the different voltages V mains and can generate corresponding output signals.
  • the evaluation circuit and the analysis circuit can also be realized by a ⁇ or an ASIC.
  • the AD converter may be an adaptive AD converter for which a dynamic time window for the measurement / conversion is determined. For example, the zero crossings of the voltage are determined, whereby the frequency of the voltage V ma ins can be determined. Based on this, a time window for a signal measurement can be determined. Although the signal could also be measured in a fixed time window. However, this would make the measurement more inaccurate.
  • the invention proposes to measure the voltage V mains or its frequency via the AD converter, for example over a period of the voltage V mains . The integrated value then corresponds to the voltage value of the voltage V ma i ns -
  • FIG. 4 is an example of an AC voltage (AC) shown how a clamping of the positive half-wave (clamping of post halfwave), the negative half-wave (clamping of neg. Halfwave) and a full-clamping (filling clamping) effect. If the circuit is designed with a clamp, this must be in the calculation Be considered. The calculation can also be done with a look-up table.
  • AC AC voltage
  • the RMS value (root mean square value / rms value) of, for example, the AC supply voltage can also be determined in order to set parameters in the operating device, for example the operation of the PFC circuit supplied by the rectified AC voltage.
  • the capacitor C2a can also be dimensioned larger than the capacitor C2 of FIG. 1, which is used in the prior art for RF filtering of the applied signal and is dimensioned accordingly.
  • the inventively provided capacitor C2a can thus be used eg for the integration of the applied signal.
  • One way to connect the measurement or analysis of the voltage with the startup is the following: The analysis can be determined whether the amplitude of the applied voltage V mains is sufficiently high to start to carry out. In particular, the startup is not performed when it is to be expected due to the amplitude of the voltage V mains that, for example, starting of the power components such as the half-bridge inverter would overstrain the applied voltage V mains .
  • Fig. 10 shows a behavior for a negative rectified AC voltage V mains .
  • the measuring path according to the invention now yields the shown V ac / dc signal always above the detection threshold ESI. Thus no threshold is crossed (no toggle).
  • the position relative to the detection thresholds ESI, ES2 is then particularly indicative of the negatively rectified AC voltage.
  • Fig. 10 shows an exemplary behavior at a negatively rectified AC voltage V mains of 170V. Higher voltages shift the voltage V ma in s only further beyond the detection threshold ESI.
  • no mains is understood to mean that the voltage V ma nns does not have an adequate amplitude, or but in fact no voltage V mains is present. If voltage V mains is not present, a signal can still result in this path due to energy stored in the capacitor, which, as stated, will be significantly below the evaluation threshold.
  • the ballast can set parameters / operating parameters that comply with local regulations.

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorschaltgerät Betriebsgerät für Leuchtmittel, mit separaten Messkreisen (Ml, M2), um eine von einem Gleichrichtungsmittel gleichgerichtete Spannung (Vmains) in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegen, wobei die Spannung (Vmains) z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, einer Auswerteschaltung, welcher die Spannungskomponenten (Vac/dc) der beiden Messstromkreise (Ml, M2) zur Identifizierung der Art der anliegenden Spannung auswertet, und einer Analyseschaltung, die über einen AD-Wandler die Spannungskomponenten (Vac/dc) analysiert, und weitere Merkmale der Spannung (Vmains) berechnet, z.B. ein Vorliegen einer Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung (Vmains) und/oder einer auf die Spannung aufmodulierten Information.

Description

Auswertung der VersorgungsSpannung
von Betriebsgeräten für Leuchtmittel
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Betriebsgeräte für Leuchtmittel (Gasentladungslampen, Halogen, LED, OLED) und insbesondere die Auswertung der VersorgungsSpannung dieser Betriebsgeräte.
Grundlage dieser „Auswertung" ist dabei stets ein ausgehend von der VersorgungsSpannung gespeister Zweig, der zusätzlich zu dem Zweig vorliegt, mittels dem die Leuchtmittel mit Leistung versorgt werden.
Aus der EP 0 939 476 Bl ist eine Einrichtung mit einem Brückengleichrichter, der in einem ersten Zustand eines Notbetriebes in einen Sicherheitsstromversorgungszweig eingeschaltet wird. Die Einrichtung enthält Schaltelemente, die bestimmte, nur für den Notbetrieb vorgesehene Leuchten nur dann mit der am Eingang anliegenden VersorgungsSpannung verbinden, wenn die Versorgungsspannung eine konstante oder nur aus positiven Halbwellen bestehende Gleichspannung ist, nicht aber, wenn die VersorgungsSpannung eine Wechselspannung ist. Eine genaue Differenzierung unterschiedlicher VersorgungsSpannungen im Gleich- und Wechselspannungsbereich ist nicht möglich.
Weiter ist aus der DE 10 2007 040 555 AI ein Verfahren und eine Schaltung zum Identifizieren der Art einer Spannung Vmains bekannt, die in zwei von drei verschiedenen zeitlichen Spannungs-Verlaufsformen vorliegt. Die Schaltung enthält einen Brückengleichrichter, von dem zwei Messstromkreise ausgehen, wobei in dem einen Messtromkreis positive Stromanteile und in dem anderen negative Stromanteile fließen. Die Identifizierung der Art der anliegenden Spannung erfolgt durch einen Auswerteschaltungsteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Auswertung der Versorgungsspannung zusätzlich zu der Weiterleitung der VersorgungsSpannung zu den Leuchtmitteln bereitzustellen .
Unter „Auswertung" gemäss der Erfindung ist dabei einer oder mehrere der folgenden Aspekte zu verstehen:
Erfassung wenigstens eines Parameters der VersorgungsSpannung (Polarität, AC/DC-Erkennung, Amplitude, Frequenz ...) ,
Erfassung von eingehenden Signalen, die die Versorgungsspannung als Träger verwenden, und/oder
- Bereitstellung einer Spannungsversorgung.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Die Erfindung geht dabei von der DE 10 2007 040 555 AI aus und entwickelt diese dahingehend weiter, dass eine Analyseschaltung vorgesehen ist, welche die Ströme der beiden Messstromkreise aus der DE 10 2007 040 555 AI bspw. zur Ermittlung der gewünschten Parameters der anliegenden Spannung weiter auswertet und analysiert. Kurze Beschreibung der Erfindung
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Vorschaltgerät bereit mit separaten Messkreisen, um eine von einem Gleichrichtungsmittel gleichgerichtete Spannung in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegen, wobei die Spannung z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, einer Auswerteschaltung, welcher die Spannungskomponenten der beiden Messstromkreise zur Identifizierung der Art der anliegenden Spannung auswertet, und einer Analyseschaltung, die über einen AD-Wandler die Spannungskomponenten analysiert, und weitere Merkmale der Spannung berechnet , z.B. ein Vorliegen einer Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung und/oder einer auf die Spannung aufmodulierten Information.
Die Analyseschaltung kann eine Frequenz der Spannung oder einen Spannungswert ermitteln.
Der AD-Wandler kann adaptiv sein und aufgrund einer Frequenz der Spannung ein Zeitfenster für eine Messung der Spannungskomponenten vorgeben.
Die Analyseschaltung kann die Spannungskomponenten über eine Periode der Spannung messen.
Die Analyseschaltung für die Berechnung abhängig von der Erkannten Spannung unterschiedliche Faktoren verwenden kann.
Die Faktoren können davon abhängen, ob eine Klemmung vorgesehen ist. Die Analyseschaltung die Nulldurchgänge der Spannung ermitteln kann. In der Analyseschaltung kann mindestens ein Schwellwert vorgesehen sein und die Analyseschaltung kann die anliegende Spannung aufgrund ihres Verhaltens im Bezug auf den mindestens einen Schwellwert erkennen. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Schaltung zum Analysieren einer Spannung, insbesondere der einem Vorschaltgerät zugeführten Versorgungsspannung bereit, die in mindestens zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, mit Gleichrichtungsmitteln für die vorliegende Spannung, wobei die Gleichrichtungsmittel so ausgebildet sind, dass sie die vorliegende Spannung in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegen, dass jede der beiden Spannungskomponenten eine Spannungsquelle für einen separaten Messstromkreis bildet, und einer Auswerteschaltung, welche die Ströme der beiden Messstromkreise zur Identifizierung der Art der anliegenden Spannung auswertet, wobei die Schaltung eine Analyseschaltung umfasst, die über einen AD-Wandler die Spannungskomponenten analysiert, und weitere Merkmale der Spannung berechnet , z.B. ein Vorliegen einer Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung und/oder einer auf die Spannung aufmodulierten Information.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Verfahren zum Analysieren einer Spannung bereit, die mindestens in zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, wobei die vorliegende Spannung gleichgerichtet wird, derart, dass sie in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegt wird, dass die beiden Spannungskomponenten als Spannungsquellen für zwei Messstromkreise verwendet werden, und dass die Ströme in den beiden Messstromkreisen zur Identifizierung der Art der vorliegenden Spannung ausgewertet werden, wobei eine Analyseschaltung über einen AD-Wandler die
Spannungskomponenten analysiert, und weitere Merkmale der Spannung berechnet, z.B. ein Vorliegen einer Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung und/oder einer auf die Spannung aufmodulierten Information.
Weitere Aspekte der Erfindung werden mit Blick auf die Zeichnungen im Folgenden beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung nach
der Erfindung.
Fig. 2 zeigt Spannungsverläufe an einzelnen
Punkten der Schaltung bei den unterschiedlichen Versorgungsspannungsarten . Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung nach
der Erfindung. Fig. 4 veranschaulicht verschiedene Faktoren für
Berechnungen zur Spannung Vmains .
Fig. 5 veranschaulicht Faktoren zur Berechnung für
Berechnungen VmainS , wenn eine Klemmung
vorliegt .
Figs . 6-10 zeigen Spannungsverläufe an
verschiedenen Punkten der Schaltung bei unterschiedlichen Versorgungsspannungsarten .
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Zunächst soll die Fig. 1 nach dem Stand der Technik beschrieben werden, von dem die Erfindung ausgeht.
Die auszuwertende VersorgungsSpannung mains liegt am Eingang der Schaltung an, die Teil eines elektronischen Vorschaltgerätes (EVG) ist. Sie kann als Wechselspannung mit aufeinander folgenden Halbwellen unterschiedlicher Polarität, als pulsierende Gleichspannung mit aufeinander folgenden Halbwellen gleicher Polarität, als konstante Gleichspannung (positive/negative) oder als Nullspannung (keine Spannung) vorliegen.
Anhand der Schaltung aus Fig. 1 soll zunächst erklärt werden, wie die Art der Spannung identifiziert werden kann. Die Spannung passiert zunächst ein Störfilter, der aus zwei symmetrischen Drosseln/Induktivitäten LI und L2 und einem Kondensator Cl besteht, der die parallelen Drosseln verbindet. Der Ausgang des Störfilters liegt an Anschlüssen 1 und 2 der einen Diagonalen eines Brückengleichrichters B an, der von vier Brückendioden Dl, D2, D3 und D4 gebildet ist. Ein Anschluss 4 der anderen Diagonalen des Brückengleichrichters B liegt an Masse M. Der andere Anschluss 3 der anderen Brückendiagonalen führt eine Spannung, die weiterverarbeitet wird, wobei es hier unwichtig, in welcher Weise die Weiterverarbeitung erfolgt.
Für die nachfolgende Beschreibung und die entsprechenden Darstellungen in den einzelnen Figuren sei der Einfachheit angenommen, dass die am Eingang des Störfilters anliegende VersorgungsSpannung Vmains durch den Störfilter keine Veränderung erfährt, dass also die VersorgungsSpannung Vmains auch an den Anschlüssen 1 und 2 des Brückengleichrichters B anliegt .
Die Schaltung enthält zwei Messstromkreise Ml und M2. Der erste Messstromkreis Ml ist in strichpunktierten Linien dargestellt; der zweite Messstromkreis M2 ist in gestrichelten Linien dargestellt.
Der Strom des ersten Messstromkreises Ml geht vom Anschluss 1 des Brückengleichrichters B aus und fließt weiter durch einen separaten Widerstand Rl, einen beiden Stromkreisen gemeinsamen Vorwiderstand R3 , einen ebenfalls beiden Stromkreisen gemeinsamen Messwiderstand R4, über Masse M, durch die Brückendiode D3 zu dem Anschluss 2 des Brückengleichrichters .
Der Strom des zweiten Messstromkreises M2 geht von dem Anschluss 2 des Brückengleichrichters B aus und fließt weiter durch den separaten Widerstand R2, den gemeinsamen Vorwiderstand R3 , den gemeinsamen Messwiderstand R4, über Masse M, durch die Brückendiode D4 zu dem Anschluss 1 des Brückengleichrichters B.
An den Anschlüssen 1 und 2 der einen Brückendiagonalen entstehen zwei TeilSpannungen unterschiedlicher Polarität, die die Spannungsquellen für die beiden Messstromkreise Ml und M2 bilden und Ursache für den Fluss der Ströme in den beiden Messstromkreisen sind. In dem Messstromkreis Ml fließt Strom, solange der Anschluss 1 positiv ist und der Anschluss 2 negativ. Umgekehrt fließt in dem Messstromkreis M2 Strom, wenn der Anschluss 2 positiv und der Anschluss 1 negativ ist. Wenn Vmains eine Wechselspannung mit wechselnden positiven und negativen Netzhalbwellen ist, so ergibt die Betrachtung, dass ein Strom während der positiven Netzhalbwelle durch den Messstromkreis Ml fließt, während durch den Messstromkreis M2 ein Strom während der negativen Netzhalbwelle fließt. Beide Ströme fließen allerdings - wie die Pfeile andeuten - durch den Vorwiderstand R3 und den Messwiderstand R4 in gleicher Richtung. Um die durch den Messwiderstand R4 fließenden Ströme danach unterscheiden zu können, ob sie zum Messstromkreis Ml oder zum Messstromkreis M2 gehören, sind die Widerstandswerte der separaten Widerstände Rl und R2 unterschiedlich gewählt. Dadurch sind auch die Ströme der beiden Messstromkreise Ml und M2 unterschiedlich, denn der Widerstand Rl gehört nur zum Messstromkreis Ml und der Widerstand R2 nur zum Messstromkreis M2.
Der Spannungsabfall über den Messwiderstand R4 wird durch eine Auswerteschaltung ausgewertet, die einen Entstör- Kondensator C2 und zwei Komparatoren Kl und K2 umfasst . Die an dem Messwiderstand R4 abfallende Spannung ist mit Vac/dc bezeichnet. Dem Komparator 1 wird einerseits die über R4 abfallende Messspannung zugeführt und andererseits als Schwellwert die Spannung Vref/high . Dem Komparator K2 wird ebenfalls die über den Messwiderstand R4 abfallende Messspannung Vac/dc zugeführt und dazu als Schwellwert die Spannung Vref/iow .
Für die weiteren Betrachtungen wird vorausgesetzt, dass der separate Widerstand R2 grösser als der separate Widerstand Rl ist. Das bedeutet, dass der Strom in den ersten Messstromkreis Ml grösser ist, als der Strom in dem zweiten Messstromkreis M2.
In Fig. 2 sind im oberen Teil verschiedene Fälle für Arten der VersorgungsSpannung Vmains gezeigt. Im unteren Teil sind die am Messwiderstand R4 abfallenden Spannungen dargestellt.
In Abschnitt A von Fig. 2 (oben) besteht die VersorgungsSpannung Vmains aus positiven und negativen Netzhalbwellen. An dem Messwiderstand R4 fällt dadurch eine Spannung ab, die aus positiven Halbwellen besteht, und zwar wechselweise aus solchen mit höherer und solchen mit niedrigerer Amplitude. Die Halbwellen mit höherer Amplitude sind kennzeichnend für den Strom in dem zweiten Messstromkreis Ml, während die Halbwellen mit niedrigerer Amplitude kennzeichnend für den Strom im ersten Messstromkreis M2 sind. Dies Abschnitt A von Fig. 2 unten dargestellt .
Die Bewertung des Spannungsverlaufes in den beiden Komparatoren Kl und K2 erfolgt dadurch, dass der Komparator K2 mit dem niedrigeren Schwellwert Vref/iow an seinem Ausgang eine Impulsfolge entstehen lässt, die derjenigen der Netzhalbwellen entspricht. Dagegen können am Ausgang des Komparators Kl mit dem höheren Schwellwert Vref/high nur die Halbwellen mit der höheren Amplitude eine Reaktion hervorrufen, so dass nur jede zweite Halbwelle, und zwar die mit der höheren Amplitude, einen Ausgangsimpuls produziert. Wenn z.B. die Versorgungsspannung VmainS eine gewöhnliche Netzspannung mit der Frequenz von 50 Hz ist, so treten am Ausgang des Komparators Kl Impulse mit der Pulsfolgefrequenz von z.B. 50 Hz auf, während am Ausgang des Komparators K2 Impulse mit der Pulsfolgefrequenz von z.B. 100 Hz auftreten. Diese Kombination erlaubt es also, eine gewöhnliche Netzspannung als VersorgungsSpannung zu identifizieren.
Abschnitt B von Fig. 2 (oben) zeigt nun eine Versorgungsspannung Vmains, die nur aus positiven Netzhalbwellen besteht. Eine solche VersorgungsSpannung wird beispielsweise durch einen Brückengleichrichter erzeugt. Die nur positiven Netzhalbwellen bewirken, dass nur in dem Messstromkreis Ml mit dem größeren Widerstand Rl ein Strom fließt, und zwar aufgrund beider Halbwellen. In dem Messstromkreis M2 fliesst dagegen kein Strom. Die über den Messwiderstand R4 abfallende Messspannung ist in Abschnitt B von Fig. 2 unten gezeigt. Am Ausgang beider Komparatoren Kl und K2 treten dann z.B. Impulse mit einer Pulsfolgefrequenz von 100 Hz auf. Dieses Spannungsmuster ist kennzeichnend für die in Abschnitt B von Fig. 2 (oben) gezeigte VersorgungsSpannung Vmains - In Abschnitt C von Fig. 2 (oben) ist nun der Fall gezeigt, dass die Versorgungsspannung Vmains nur aus negativen Netzhalbwellen besteht. Abschnitt C von Fig. 2 (unten) zeigt die Messspannung Vac/dc, die über dem Messwiderstand R4 abfällt. Diese besteht aus nur positiven Halbwellen, die alle eine geringe Amplitude haben, die durch den größeren Widerstand R2 bestimmt ist . Am Ausgang des Komparators Kl mit dem höheren Schwellenwert Vref/high tritt dann keine Spannung auf, während die AusgangsSpannung des Komparators K2 mit dem niedrigeren Schwellenwert Vref/iow aus Impulsen mit der Pulsfolgefrequenz von z.B. 100 Hz besteht. Dieses Spannungsmuster ist kennzeichnend für die in Abschnitt C von Fig. 2 (oben) gezeigte VersorgungsSpannung Vmains.
Gemäß Abschnitt D von Fig. 2 (oben) besteht die VersorgungsSpannung Vmains aus einer konstanten positiven Gleichspannung. Gemäß Abschnitt D von Fig. 2 (unten) hat dies an dem Messwiderstand R4 einen konstanten Spannungsabfall ac/dc zur Folge. Dieser ist höher als die beiden Schwellwerte Vref /iow und Vref/high für die Komparatoren Kl und K2. Dementsprechend tritt am Ausgang beider Komparatoren eine konstante Gleichspannung auf . Die beiden Gleichspannungen sind gleich. Dieses Spannungsmuster ist demnach kennzeichnend für die in Abschnitt D von Fig. 2 (oben) gezeigte VersorgungsSpannung Vmains .
Abschnitt E von Fig. 2 (oben) zeigt den Fall, dass die VersorgungsSpannung eine negative konstante Gleichspannung Vmains ist . Diese hat gemäß Abschnitt E von Fig. 2 (unten) an dem Messwiderstand R4 einen Spannungsabfall Vac/dc zur Folge, der ebenfalls eine konstante Gleichspannung ist. Dieser ist niedriger als der höhere Schwellwert Vref/hign für den Komparator Kl, aber höher als der niedrigere Schwellwert Vref iow für den Komparator K2. Das hat zur Folge, dass am Ausgang des Komparators K2 eine konstante Gleichspannung auftritt, während am Ausgang des Komparators Kl keine Spannung auftritt. Dieses Spannungsmuster ist demnach kennzeichnend für die in Abschnitt E von Fig. 2 (oben) gezeigte Versorgungsspannung Vmains -
Ist Vmains Null, so hat dies zur Folge, dass auch an dem Messwiderstand R4 der Spannungsabfall Vac/dc gleich Null ist. Dementsprechend ist auch die Spannung am Ausgang beider Komparatoren Null. Dieses Spannungsmuster ist demnach kennzeichnend für den Fall, dass am Eingang der PrüfSchaltung keine VersorgungsSpannung vorhanden ist. Wenn die VersorgungsSpannung abgeschaltet ist, gilt dies für den Fall, dass sich noch genügend Energie in der Zwischenkreisspannung des EVG befindet, um dieses weiter zu betreiben. Als Reaktion auf die Feststellung, dass die VersorgungsSpannung abgeschaltet wurde, werden in der Regel alle wichtigen Daten gespeichert, bevor die Energie im Zwischenkreis ebenfalls gegen Null geht.
Ergänzend zu Fig. 1 sei bemerkt, dass es nicht erforderlich ist, für die Auswerteschaltung zwei Komparatoren vorzusehen. Es ist auch möglich, statt der beiden Komparatoren Kl und K2 einen einzigen vorzusehen, dessen Eingang für die BezugsSpannung über einen Umschalter wechselweise eine höhere und eine niedrigere BezugsSpannung Vref/high bzw. Vref/iow zugeführt wird. Um die AusgangsSpannung des einzigen Komparators auszuwerten zu können, muss dann zusätzlich noch die Umschaltfrequenz des Umschalters berücksichtigt werden. Dieser Fall ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Die erfinderische Schaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist, entspricht vom Aufbau her weitgehend der Schaltung aus Fig. 1, weshalb in der Folge nur die Teile beschrieben werden sollen, in denen Sie vom Stand der Technik abweicht. Der Spannungsabfall über den Messwiderstand R4 wird durch eine Auswerteschaltung ausgewertet, die einen Kondensator C2a, eine AC/DC-Auswerteschaltung, einen AD-Wandler und eine Analyseschaltung mit einer Logik für die Versorgungsspannungsanalyse aufweist. Die an dem Messwiderstand R4 abfallende Spannung ist mit Vac/dc bezeichnet. Die AC/DC-Auswerteschaltung wird die über R4 abfallende Messspannung zugeführt. Der Analyseschaltung wird ebenfalls die über den Messwiderstand R4 abfallende Messspannung Vac/dc über den AD-Wandler zugeführt. Die Analyseschaltung gibt das Ergebnis
Versorgungsspannungsanalyse als Vmains_out aus .
Während beim Stand der Technik die Diskriminierung zwischen AC- und DC-Versorgungsspannung im Vordergrund steht, zielt die vorliegende Erfindung auf eine spezifischere Auswertung der Versorgungsspannung, z.B. auf Überspannung
(beispielsweise durch Verpolung) , Amplitude, Mittelwert der AC-Spannung oder Erfassung von auf die AC-Versorgungsspannung aufmodulierten Informationen ab. Auch die eigentliche Erfassung des Spannungswertes ist Ziel der Erfindung.
In Fig. 3 sind die Komparatoren aus Fig. 1 durch eine Auswerteschaltung ersetzt, mit der die verschiedenen VersorgungsSpannungen voneinander unterschieden werden können. Ihr Aufbau kann dabei von der mit Blick auf Fig. 1 beschrieben Komparatoren-Anordnung abweichen. Beispielweise können die Spannungen auch durch Einsatz eines μC oder einer ASIC bestimmt werden. Wichtig ist letztlich nur, dass die Auswerteschaltung die verschiedenen Spannungen Vmains unterscheiden kann und entsprechende Ausgabesignale erzeugen kann. Durch die Analyse der Versorgungsspannung durch die Analyseschaltung, die aus einem C oder einer ASIC bestehen kann und die digitale Signale von dem AD-Wandler erhält, können weitere Auswertungen der Spannung Vac/dc erfolgen. Die Auswerteschaltung und die Analyseschaltung können auch durch einen einem μθ oder einer ASIC verwirklicht sein.
In einem Aspekt kann der AD-Wandler dabei ein adaptiver AD- Wandler sein, für den ein dynamisches Zeitfenster für die Messung/Wandlung bestimmt wird. Dafür werden z.B. die Nulldurchgänge der Spannung ermittelt, wodurch die Frequenz der Spannung Vmains bestimmt werden kann. Darauf basierend kann ein Zeitfenster für eine Signalmessung bestimmt werden. Das Signal könnte zwar auch in einem festen Zeitfenster gemessen werden. Dies würde die Messung allerdings ungenauer machen. Die Erfindung schlägt vor, die Spannung Vmains oder ihre Frequenz über den AD-Wandler z.B. über eine Periode der Spannung Vmains zu messen. Der integrierte Wert entspricht dann dem Spannungswert der Spannung Vmains -
Zur Berechnung der gewünschten Parameter der Spannung Vmains sind dabei unter Berücksichtigung der verschieden Spannungsarten verschiedene Faktoren zu verwenden. Dies ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Eine Klemmung (clamping) wirkt sich auf diese Faktoren aus. Ist also der Punkt der Messung der Spannung Vac/dc mit einer Klemmung (clamping) versehen, erschwert dies die Berechnung. In Fig. 5 ist exemplarisch für eine Wechselspannung (AC) gezeigt, wie sich eine Klemmung der positiven Halbwelle (clamping of pos . halfwave) , der negativen Halbwelle (clamping of neg. halfwave) sowie einer Voll-Klemmung (füll clamping) auswirkt. Wenn die Schaltung mit einer Klemmung gestaltet ist, muss das in der Berechnung Berücksichtigt werden. Die Berechnung kann auch mit einer Look-Up-Tabelle erfolgen.
Darüber hinaus kann auch der RMS-Wert (Root Mean Square-Wert /Effektivwert) beispielsweise der AC-Versorgungsspannung ermittelt werden, um abhängig davon Parameter in dem Betriebsgerät einzustellen, beispielsweise den Betrieb der durch die gleichgerichtete AC-Spannung versorgten PFC- Schaltung.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Auswertung der Spannung Vraains dahingehend erfolgt, dass auf die Netzspannung aufmodulierte Signale (Powerline, Dauer und/oder Wiederholrate einer Taster- oder Schalterbetätigung) zur Informationsauswertung erfasst werden können.
Eine noch weitere Möglichkeit, diesen Spannungspfad auszunutzen, ist die Generierung einer DC-VersorgungsSpannung bspw. für einen Controller (Mikrocontroller, ASIC, etc.) durch Gleichrichten der durch diesen Pfad bereitgestellten AC-Spannung.
Der Kondensator C2a kann auch größer dimensioniert sein als der Kondensator C2 aus Fig. 1, der im Stand der Technik zur HF-Filterung des anliegenden Signals dient und dementsprechend dimensioniert ist. Der erfindungsgemäß vorgesehene Kondensator C2a kann somit z.B. zur Integration des anliegenden Signals genutzt werden. Eine Möglichkeit, die Messung bzw. Analyse der Spannung mit dem Anlaufen zu verbinden ist folgende: Durch die Analyse kann festgestellt werden, ob die Amplitude der anliegenden Spannung Vmains ausreichend hoch ist, um ein Anlaufen durchführen zu können. Insbesondere wird das Anlaufen nicht durchgeführt, wenn aufgrund der Amplitude der Spannung Vmains zu erwarten ist, dass beispielsweise ein Starten der Leistungsbauteile wie beispielsweise des Halbbrücken- Wechselrichters die anliegende Spannung Vmains überfordern würde .
Als weitere Verbesserung zum Stand der Technik ist vorgesehen, eine genauere Spannungserkennung von Vmains zu ermöglichen, wenn keine Erkennung der Nulldurchgänge erfolgt. Dies ist in den Figs . 4-8 exemplarisch gezeigt.
Die Erfindung sieht nun zwei Erfassungsschwellen ESI, ES2 vor, die in den Figs. 6-10 durch durchgezogene Linien angezeigt sind.
Wenn eine AC-Versorgungsspannung Vmains mit einer Amplitude eingangsseitig anliegt, wird der sich ergebende Signalverlauf der Spannung Vac/dc periodisch alternierend z.B. die Erfassungsschwelle ESI unter- bzw. überschreiten, was als „toggle" bezeichnet wird. Dies ist in Fig. 6 für eine WechselSpannung von z.B. 170V gezeigt. Fig. 7 zeigt das Verhalten bei einer Wechselspannung von 300V. Das „toggle" verhalten ist folglich kennzeichnend für die AC- Versorgungsspannung .
Figs. 8 und 9 zeigen ein Verhalten für eine positiv gleichgerichtete AC-Spannung Vmains . Der erfindungsgemäße Messpfad ergibt nunmehr das gezeigte Vac/dc-Signal das immer über der Erfassungsschwelle ES2 und unterhalb der Erfassungsschwelle ESI liegt. Somit wird keine Schwelle gekreuzt (kein „Toggle") , was für gleichgerichtete AC- Spannung kennzeichnend ist. Die Lage zu den Erfassungsschwellen ESI, ES2 ist dann insbesondere kennzeichnend für die positiv gleichgerichtete AC-Spannung. Fig. 8 zeigt ein beispielhaftes Verhalten bei einer positiv gleichgerichteten AC-Spannung Vmains von 170V, Fig. 9 in beispielhaftes Verhalten bei einer positiv gleichgerichteten AC-Spannung Vmains von 290V.
Fig. 10 zeigt ein Verhalten für eine negativ gleichgerichtete AC-Spannung Vmains. Der erfindungsgemäße Messpfad ergibt nunmehr das gezeigte Vac/dc-Signal das immer über der Erfassungsschwelle ESI. Somit wird ebenfalls keine Schwelle gekreuzt (kein Toggle) . Die Lage zu den Erfassungsschwellen ESI, ES2 ist dann insbesondere kennzeichnend für die negativ gleichgerichtete AC-Spannung. Fig. 10 zeigt ein beispielhaftes Verhalten bei einer negativ gleichgerichteten AC-Spannung Vmains von 170V. Höhere Spannungen verschieben die Spannung Vmains nur noch weiter über die Erfassungsschwelle ESI.
Wenn dagegen das sich über dem Messpfad ergebende Signal konstant unterhalb der Erfassungsschwelle ES2 liegt, wird auf einen Zustand „no mains" geschlossen. Unter „no mains" ist dabei zu verstehen, dass die Spannung Vmains eine nicht ausreichende Amplitude aufweist, oder aber tatsächlich keine Spannung Vmains anliegt. Bei nicht anliegender Spannung Vmains kann sich aufgrund in dem Kondensator gespeicherter Energie immer noch ein Signal in diesem Pfad ergeben, das wie gesagt deutlich unter der Auswerteschwelle liegen wird.
Wenn eine gleichgerichtete AC-Spannung als EingangsSpannung erkannt wird, kann dies als Notlichtfall interpretiert werden und eine entsprechende Notlichtbeleuchtung veranlasst werden. Weiter ist es durch die Analyse der Analyseschaltung möglich, Spannungen verschiedener Länder zu unterscheiden und länderspezifische Einstellungen vorzunehmen. So kann z.B. das Vorschaltgerät Parameter/Betriebsparameter einstellen, die lokalen Vorschriften genügen.

Claims

Ansprüche
Betriebsgerät für Leuchtmittel mit:
- Separaten Messkreisen (Ml, M2) , um eine von einem Gleichrichtungsmittel gleichgerichtete Spannung ( mains) in eine positive und eine negative
Spannungskomponente zerlegen, wobei die Spannung ( mains) ζ· B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann,
- einer Auswerteschaltung, welcher die Spannungskomponenten (VaC/dc) der beiden Messstromkreise (Ml, M2) zur Identifizierung der Art der anliegenden Spannung auswertet, und
- einer Analyseschaltung, die vorzugsweise über einen AD-Wandler die Spannungskomponenten (Vac/dc)
analysiert und weitere Merkmale der Spannung
(Vmains) berechnet , z.B. ein Vorliegen einer
Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung (Vmains) und/oder einer auf die Spannung
aufmodulierten Information.
Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 1, wobei die Analyseschaltung eine Frequenz der Spannung oder einen Spannungswert ermittelt.
Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der AD-Wandler adaptiv ist und aufgrund einer Frequenz der Spannung (Vmains) ein Zeitfenster für eine Messung der Spannungskomponenten (Vac/dc) vorgegeben ist.
4. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Analyseschaltung die Spannungskomponenten (Vac/dc) über eine Periode der Spannung (Vmains) misst.
5. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Analyseschaltung für die Berechnung abhängig von der Erkannten Spannung (Vmains) unterschiedliche Faktoren verwendet.
6. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Faktoren davon abhängen, ob eine Klemmung vorgesehen ist.
7. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Analyseschaltung die Nulldurchgänge der Spannung (Vmains) ermittelt.
8. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei in der Analyseschaltung mindestens ein Schwellwert (ESI, ES2) vorgesehen ist und die Analyseschaltung die anliegende Spannung (Vmains) aufgrund ihres Verhaltens im Bezug auf den mindestens einen Schwellwert erkennt.
9. Schaltung zum Auswerten einer einem Betriebsgerät für Leuchtmittel zugeführten Versorgungsspannung (Vraains) , die in mindestens zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als
WechselSpannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, mit
- Gleichrichtungsmitteln für die vorliegende Spannung, wobei die Gleichrichtungsmittel so ausgebildet sind, dass sie die vorliegende Spannung in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegen, dass jede der beiden Spannungskomponenten eine Spannungsquelle für einen separaten Messstromkreis (Ml, M2) bildet, und dadurch gekennzeichnet, dass
- einer Auswerteschaltung, welche die Ströme der beiden Messstromkreise zur Identifizierung der Art der
anliegenden Spannung auswertet,
wobei die Schaltung eine Analyseschaltung umfasst, die über einen AD-Wandler die Spannungskomponenten (Vac/dc) analysiert, und weitere Merkmale der Spannung (Vmains) berechnet , z.B. ein Vorliegen einer Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung (Vmains) und/oder einer auf die Spannung aufmodulierten Information.
0. Verfahren zum Auswerten einer einem Betriebsgerät für Leuchtmittel zugeführten Versorgungsspannung (Vmains) , die mindestens in zwei von mindestens drei verschiedenen zeitlichen Verlaufsformen, wie z. B. als Wechselspannung, als pulsierende Gleichspannung oder als konstante Gleichspannung vorliegen kann, wobei die vorliegende Spannung gleichgerichtet wird, derart, dass sie in eine positive und eine negative Spannungskomponente zerlegt wird, dass die beiden Spannungskomponenten als Spannungsquellen für zwei Messstromkreise (Ml, M2) verwendet werden, und dass die Ströme in den beiden Messstromkreisen zur Identifizierung der Art der vorliegenden Spannung ausgewertet werden, wobei eine Analyseschaltung über einen AD-Wandler die Spannungskomponenten (Vac/dc) analysiert, und weitere Merkmale der Spannung (VmainS) berechnet, z.B. ein Vorliegen einer Überspannung insbesondere durch Verpolung, eines Amplitudenwerts, eines Mittelwerts der Spannung (Vmains) und/oder einer auf die Spannung aufmodulierten Information.
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