EP2656697A2 - Geregelte wendelheizung für gasentladungslampen - Google Patents

Geregelte wendelheizung für gasentladungslampen

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Publication number
EP2656697A2
EP2656697A2 EP11815746.0A EP11815746A EP2656697A2 EP 2656697 A2 EP2656697 A2 EP 2656697A2 EP 11815746 A EP11815746 A EP 11815746A EP 2656697 A2 EP2656697 A2 EP 2656697A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas discharge
voltage
circuit
heating
discharge lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11815746.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Klien
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tridonic GmbH and Co KG filed Critical Tridonic GmbH and Co KG
Publication of EP2656697A2 publication Critical patent/EP2656697A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
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    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3925—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by frequency variation
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    • H05B41/23—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
    • H05B41/232—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for low-pressure lamps
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    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps

Definitions

  • the invention relates to a ballast and a method which allows to determine the temperature of a heating coil of a gas discharge lamp and to control a heating power of the heating coil in dependence on the determined temperature.
  • the invention further relates to a circuit for carrying out the method.
  • a parameter influencing the heating power for example the T 0n time of a converter
  • the control circuit thus receives the dimming value and then sets the heating circuit.
  • Figs. 1 and 2 show schematically a ballast according to the prior art, to which a lamp is connected. Its operation is illustrated in FIG.
  • the heating circuit is controlled in direct relation to the setpoint.
  • the filaments of a gas discharge lamp are heated on the one hand by a discharge flow from a load circuit and by a heating current from a heating circuit.
  • the discharge current is greatly reduced, so that the heating current must be increased in order to keep the temperature of the respective coil at a desired value, the emission temperature.
  • the reduction of the discharge current must therefore be compensated for at least one coil by increasing the heating current.
  • Inverter frequency must not be constant, since another, the frequency and thus the required heat output influencing parameter, the temperature (on) the lamp is. Thus, it can lead to a variation of the half-bridge frequency and thus the heating power at a constant dimming value. This variation is not considered in the prior art.
  • the invention therefore proposes to detect a coil temperature directly or indirectly and to regulate the coil temperature in a closed-loop, that is to say a closed-loop feedback loop,
  • the present invention merely relates to a determination of a coil parameter and preferably to a determination of helical tension.
  • the present invention achieves the above object by providing a ballast, a method of controlling a helix voltage, and a circuit for performing this method as claimed in the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the invention provides a ballast for at least one gas discharge lamp having a load circuit to which the gas discharge lamp is to be connected, a switch circuit controlled by a preferably cycled heating circuit for at least one filament of the gas discharge lamp, and a control circuit, the control circuit directly or indirectly detects a temperature of at least one coil based on a preferably electrical temperature parameter such as. A voltage and / or current at the at least one coil, and the control circuit uses the determined temperature parameter as an actual value for a control of a heating power to depending on the temperature parameter to control the helix supplied electric heating power by driving, preferably clocking the switch of the heating circuit.
  • the ballast may include an inverter and the heating circuit may be based on a DC power supply of the inverter or a voltage derived from the output of the inverter, preferably the AC center point voltage of the inverter
  • the heating circuit has a transformer which is clocked on the primary side by the switch PWM and the control variable of the heating circuit is preferably the on- time of the switch.
  • control circuit voltages and / or currents can be determined on coils of several gas discharge lamps, each one of which the temperature of the respective coil determined parameters and the respective heating circuits are set accordingly.
  • Each gas discharge lamp can be preset at least one setpoint.
  • the setpoint may be dependent on a dimming level / levels, a type of lamp detected via the coils, or constant and / or dependent on one specified by the manufacturer of the gas discharge lamp
  • Emission parameters e.g. an emission temperature.
  • the control can also be done in the field of preheating the coils.
  • a maximum value for the filament voltage can be predetermined, which must not be exceeded in the preheating phase, for example to avoid transverse discharges above the filament.
  • the desired value (s) may be provided in the form of at least one look-up table and / or be programmable, wherein programming is preferably performed by a software update and / or an absolute value / absolute value and / or a dependency of the reference value is changed.
  • the invention provides a method of controlling a helical voltage of a gas discharge lamp, comprising the steps of: directly or indirectly detecting a temperature of at least one Spiral of the gas discharge lamp on the basis of a preferably electrical temperature parameter such as a voltage and / or current at the at least one coil by a control circuit, using the determined temperature parameter as the actual value for controlling a heating power, rules of the helix supplied electric heating power by a control dependent on the temperature parameter control by the control circuit (SS), preferably by clocking a switch of a controlled, preferably cycled heating circuit for the filament (Wl, W2) of the gas discharge lamp.
  • a preferably electrical temperature parameter such as a voltage and / or current at the at least one coil
  • the heating circuit can be based on a DC voltage supply of an inverter or a voltage derived from the output of the inverter, preferably the AC center point voltage of the
  • Inverter to be supplied.
  • the invention provides a circuit, in particular C or ASIC, adapted for performing a method as described above.
  • Fig. 1 shows schematically a Vorschaltgerat
  • FIG. 2 shows schematically a control of the heating power according to the prior art.
  • Fig. 3 shows schematically an inventive
  • Fig. 4 shows an example of a
  • Fig. 5 shows in a diagram a
  • FIG. 3 shows a ballast V which is used to operate a gas discharge lamp L with heating coils W1, W2.
  • a mains voltage To generate an operating voltage for the gas discharge lamp L is rectified by a rectifier, a mains voltage and smoothed in a smoothing circuit.
  • the smoothing circuit may also include an active or passive power factor correction circuit.
  • Inverter generates an AC voltage that is fed to a resonant circuit.
  • the voltage is supplied to the gas discharge lamp L as the operating voltage.
  • At least one filament of the gas discharge lamp is heated (also in the firing mode).
  • the heating is regulated, ie with a measured feedback variable as the actual value for the control.
  • the invention makes the ohmic properties of a Helix a gas discharge lamp L by the helix is considered as an ohmic resistance.
  • a temperature of the coil of reproducing parameters can be obtained by determining a current and / or a voltage at the coil. This parameter can then be compared with a desired value and, depending on this comparison, a control variable of a heating circuit for the filament (for example a T 0n time of a (flyback) converter) can be set.
  • a control variable of a heating circuit for the filament for example a T 0n time of a (flyback) converter
  • a helical current and / or a helix tension at / via the helix is determined. So these are examples of the measurement of a parameter representing the coil temperature.
  • the determined values are fed to a control circuit SS (eg ASIC, microcontroller) as a parameter representing the temperature at the helix.
  • the control circuit SS compares this parameter with a setpoint, which is stored, for example, in a memory and, for example, can be predetermined by the lamp manufacturer. Based on this comparison, the control circuit SS controls the heating circuit according to a control variable, which results from the comparison of the determined parameter corresponding to the actual value, and the desired value. Accordingly, the output heating power changes and the coil is heated accordingly.
  • the control of the heating circuit and the heating power thus takes place on the concrete temperature of the coil.
  • the heating circuit can thus be independent of a midpoint voltage of the inverter and, z. B., be operated directly by a DC link voltage (bus voltage).
  • the supply voltage for the heating circuit can be the inverter supplied, substantially constant, DC link voltage.
  • the invention can be applied in principle to other heating topologies, in particular to those in which the voltage supply of the heating circuit starting (downstream) takes place to the inverter.
  • the control circuit SS can clock a primary-side switch of a transformer, preferably a flyback converter.
  • the control variable determined by the control circuit SS is then a T 0n time of this switch.
  • the principle of the flyback converter is that a lot of energy is stored in the magnetic field of a magnetically coupled coil with the switch element closed (1st phase, "charging”, conducting phase) and then on the consumer side When the switch element is opened, this cycle is controlled and traversed at a switching frequency so that, for example, a quasi-continuous flow of energy from the generator side to the load side occurs.
  • a current flows through a primary-side coil, which is caused by the input voltage UE.
  • the secondary-side coil is de-energized.
  • a magnetic tension builds up in the air gap.
  • the output voltage is held by a capacitor.
  • the blocking phase begins.
  • the current through the primary-side coil abruptly 'falls by opening the switch element to zero.
  • the current through the secondary-side coil increases and charges the capacitor to an output voltage. This current decreases linearly and finally becomes zero in a latching mode when all the energy has flown out of the secondary coil, ie the coil is "discharged.”
  • the switch closes again, the conduction phase begins again, and the cycle begins again.
  • the actual energy transport to the secondary side takes place during the blocking phase.
  • FIG. 4 an embodiment of a circuit according to the invention is shown.
  • This shows a heating circuit topology in which the supply of the heating circuit is carried out starting from a tap between the center and the lamp.
  • the heating circuit but also for example via a Coupling to the smoothed bus voltage Vbus be supplied.
  • the setpoint value (Vnom) can also be determined as a function of a level DL (dimming value).
  • frequency information f-inform
  • an emission temperature predetermined by a manufacturer of the gas discharge lamp L can be maintained at the monitored coil.
  • the control circuit SS may be a step-up / step-down converter.
  • one of the following controllers can be used for the control circuit SS: proportional controller (P controller), proportional-integral controller (PI controller), proportional-integral-derivative controller (PID controller), proportional differential Controller (PD controller).
  • P controller proportional controller
  • PI controller proportional-integral controller
  • PID controller proportional-integral-derivative controller
  • PD controller proportional differential Controller
  • a logic for a step-up / step-down converter can be realized, for example, as follows: an average value vfil_avg over a number of measurements (eg several samples) is determined by a comparison with the setpoint value, eg the nominal filament voltage Vnom, respectively .
  • vfil_nom of the dimming value calculated setpoint, to decide whether the T on - ince / the switching frequency of the primary-side switch element of the flyback converter to be changed. This is the case if the value vfil_nom differs from the vfil_avg. If both values are equal, the on- time / the switching frequency for the primary-side switch element remains unchanged. If the setpoint value for the determined dimming value parameter is dependent, the setpoint value preferably decreases towards higher dimming values. This is shown in FIG.
  • the reason for this decrease is that at higher dimming values and thus a higher discharge current, localized heating of the filament (hot spot) occurs.
  • This local heating is not completely reflected in the filament voltage, and thus in the parameter determined (if this is the filament voltage), because the rest of the filament is not heated up accordingly.
  • the heating current can therefore be reduced in the range of higher dimming values. It is also provided, for example, in the preheating a maximum value for z. B. specify the helical tension, which must not be exceeded in the preheating.
  • the filament voltage is limited to avoid, for example, a transverse discharge over the heating coil.
  • the control circuit SS connected to the bus voltage Vbus determines the start of a preheat phase for the gas discharge lamp L.
  • the heating power or the filament current can be kept constant during the preheating phase in general.
  • the setpoint for the filament voltage (in general: the setpoint for the filament temperature Parameter) is preferably dependent on the current operating phase known to the controller, that is preferably different for the operating states "preheat", “stable operation", "burning immediately after ignition", etc.
  • the setpoint can also be dependent on one, for example via the helix be recognized lamp type.
  • the setpoint can be configured programmable even with installed systems and preferably be changed by a software update. It is also possible to change absolute values and dependencies of the setpoint.
  • the invention makes it possible to enable a maximum lifetime of gas discharge lamps in a dimming operation, since the gas discharge lamps coils can be kept at emission temperature. Once the setpoint has been reached, the T 0n time of the primary-side switch of the transformer can be reduced again.
  • the determination of the voltage and / or the current at the coil can be made by a hardware or software component and depending on a recognized lamp type.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die Erfindung stellt ein Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe, mit einem Lastkreis, an den die Gasentladungslampe anzuschließen ist, einem mittels eines Schalters gesteuerten, vorzugsweise getakteten Heizkreis für wenigstens eine Wendel der Gasentladungslampe, und einer Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung direkt oder indirekt eine Temperatur mindestens einer Wendel anhand eines vorzugsweise elektrischen Temperatur- Parameters wie bspw. einer Spannung und/oder eines Stroms an der mindestens einen Wendel erfasst, und die Steuerschaltung den ermittelten Temperatur-Parameter als Istwert für eine Regelung einer Heizleistung verwendet, um abhängig von dem Temperatur-Parameter die der Wendel zugeführte elektrische Heizleistung durch Ansteuerung, vorzugsweise Taktung des Schalters des Heizkreises zu regeln. Weiter stellt die Erfindung ein Verfahren zum regeln einer Wendelspannung einer Gasentladungslampe sowie eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens bereit.

Description

Geregelte Wendelheizung für Gasentladungslampen
Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät und ein Verfahren, das es erlaubt, die Temperatur einer Heizwendel einer Gasentladungslampe zu Ermitteln und eine Heizleistung der Heizwendel in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur zu steuern/regeln. Die Erfindung betrifft weiter eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens .
Es ist aus der WO 01/76325 (EP 1 269 801 Bl) bekannt, Gasentladungslampen bei niedrigen Dimmwerten und auch vor einem Zünden der Gasentladungslampen zu beheizen. Weiter ist bekannt, in einem Vorschaltgerät mit einer Lampenstromzuführung und einer Heizstromzuführung eine gemeinsame Steuerschaltung für die Heiz- und Lampenstromsteuerung vorzusehen, mit der zumindest ein elektronisches Schaltelement gesteuert wird. Mit der Steuerschaltung werden beim Dimmen einer Leuchtstofflampe die Amplitude und/oder die Frequenz eines Wechselrichters des Vorschaltgeräts variiert. Wenn die Heizstromzuführung über eine getaktete Heizschaltung mit einem eigenen elektronischen Schaltelement erfolgt, dann erfolgt typischerweise die Heizstromeinstellung durch periodisches Ein- und Ausschalten des Schalterelements mit einer Frequenz, die einem ganzzahligen Teil oder Vielfachen der Frequenz des Wechselrichters entspricht oder gleich groß ist wie diese. Damit ist die Steuerung der Heizleistung abhängig von der Wechselrichterfrequenz und damit abhängig vom Dimmwert . Ein Summenstrom aus Entladestrom und Heizstrom kann als Rückführsignal verwendet werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt sogenannte gestellte Heizkreise (open-loop) zum Beheizen von Wendeln zu verwenden. Dabei wird ausgehend von einem einer Steuerschaltung bekannten Dimmwert ein die Heizleistung beeinflussender Parameter (beispielsweise die T0n-Zeit eines Konverters) ohne Rückführsignal eingestellt. Die Steuerschaltung nimmt also den Dimmwert entgegen und stellt danach den Heizkreis. Dies ist schematisch in den Figs. 1 und 2 gezeigt. Dabei stellt Fig. 1 schematisch ein Vorschaltgerät nach dem Stand der Technik dar, an das eine Lampe angeschlossen ist. Seine Funktionsweise ist in Fig. 2 verdeutlicht. Der Heizkreis wird in direkter Abhängigkeit von dem Sollwert gesteuert.
Die Wendeln einer Gasentladungslampe werden einerseits durch einen Entladungsström aus einem Lastkreis als auch durch einen Heizstrom aus einem Heizkreis erwärmt. Bei niedrigen Dimmwerten wird dabei der Entladungsstrom stark reduziert, so dass der Heizstrom erhöht werden muss, um die Temperatur der jeweiligen Wendel auf einem gewünschten Wert, der Emissionstemperatur, zu halten. Die Reduzierung des Entladungsstrom muss deshalb an mindestens einer Wendel durch eine Erhöhung des Heizstroms kompensiert werden.
Die gewünschte Genauigkeit stellt sich allerdings nur dann ein, wenn die Heizleistung tatsächlich nur von dem Dimmwert abhängt. Es wird jedoch nicht berücksichtigt, dass bei identischem Dimmwert die erforderliche Heizleistung und auch die (Halbbrücken-)
Wechselrichterfrequenz nicht konstant sein muss, da ein weiterer, die Frequenz und somit die erforderliche Heizleistung beeinflussender Parameter, die Temperatur (an) der Lampe ist. So kann es zu einer Variation der Halbbrückenfrequenz und somit der Heizleistung bei konstantem Dimmwert kommen. Diese Variation wird bei im Stand der Technik nicht berücksichtig .
Die Erfindung schlägt daher vor, eine Wendeltemperatur direkt oder indirekt zu erfassen und die Wendeltemperatur in einem geschlossenen Regelkreis („closed-loop" ) , also einem Regelkreis mit Rückführung eines Istwerts zu regeln. Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei lediglich auf eine Bestimmung eines Heizwendelparameters und vorzugsweise auf eine Bestimmung der WendelSpannung.
Die vorliegende Erfindung löst die oben genannte Aufgabe durch Bereitstellung eines Vorschaltgeräts, eines Verfahrens zum Regeln einer WendelSpannung sowie einer Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens, wie es/sie mit den unabhängigen Ansprüchen beansprucht wird. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Erfindung In einem Aspekt stellt die Erfindung ein Vorschaltgerat für mindestens eine Gasentladungslampe bereit, mit einem Lastkreis, an den die Gasentladungslampe anzuschließen ist, einem mittels eines Schalters gesteuerten, vorzugsweise getakteten Heizkreis für wenigstens eine Wendel der Gasentladungslampe, und einer Steuerschaltung, wobei die Steuerschaltung direkt oder indirekt eine Temperatur mindestens einer Wendel anhand eines vorzugsweise elektrischen Temperatur-Parameters wie bspw. einer Spannung und/oder eines Stroms an der mindestens einen Wendel erfasst, und die Steuerschaltung den ermittelten Temperatur-Parameter als Istwert für eine Regelung einer Heizleistung verwendet, um abhängig von dem Temperatur-Parameter die der Wendel zugeführte elektrische Heizleistung durch Ansteuerung, vorzugsweise Taktung des Schalters des Heizkreises zu regeln.
Das Vorschaltgerat kann einen Wechselrichter aufweisen und der Heizkreis kann ausgehend von einer DC- Spannungsversorgung des Wechselrichters oder einer vom Ausgang des Wechselrichters abgeleiteten Spannung, vorzugsweise der AC-Mittenpunktspannung des
Wechselrichters, versorgt werden. Der Heizkreis einen primärseitig durch den Schalter PWM- getakteten Transformator aufweist und die Steuergröße des Heizkreises vorzugsweise die Ton-Zeit des Schalters ist.
Die Steuerschaltung Spannungen und/oder Ströme kann an Wendeln mehrerer Gasentladungslampen ermittelt, daraus jeweils einen die Temperatur der jeweiligen Wendel widergebenden Parameter ermittelt und die jeweiligen Heizkreise entsprechend einstellt werden.
Je Gasentladungslampe kann mindestens ein Sollwert vorgegeben sein.
Der Sollwert kann abhängig von einem Dimmpegel/von Dimmpegeln, einem über die Wendeln erkannten Lampentyp oder konstant sein und/oder abhängig von einem vom Hersteller der Gasentladungslampe vorgegebenen
Emissionsparameter, z.B. einer Emissionstemperatur, sein.
Die Regelung kann auch im Bereich eines Vorheizens der Wendeln erfolgen.
Während dem Vorheizen kann ein Maximalwert für die WendelSpannung vorgegeben sein, der in der Vorheizphase nicht überschritten werden darf, um beispielsweise Querentladungen über der Wendel zu vermeiden.
Der Sollwert/die Sollwerte kann in Form mindestens einer Look-Up-Table bereitgestellt und/oder programmierbar ausgestaltet sein, wobei eine Programmierung vorzugsweise durch ein Softwareupdate erfolgt und/oder ein Absolutwert/Absolutwerte und/oder eine Abhängigkeit des Sollwerts verändert wird. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer WendelSpannung einer Gasentladungslampe bereit, mit den Schritten: direktes oder indirektes Erfassen einer Temperatur mindestens einer Wendel der Gasentladungslampe anhand eines vorzugsweise elektrischen Temperatur-Parameters wie bspw. einer Spannung und/oder eines Stroms an der mindestens einen Wendel durch eine Steuerschaltung, Verwenden des ermittelten Temperatur- Parameters als Istwert für eine Regelung einer Heizleistung, Regeln der der Wendel zugeführten elektrischen Heizleistung durch eine von dem Temperatur-Parameter abhängige Ansteuerung durch die Steuerschaltung (SS) , vorzugsweise durch Taktung eines Schalters eines gesteuerten, vorzugsweise getakteten Heizkreis für die Wendel (Wl, W2) der Gasentladungslampe.
Der Heizkreis kann ausgehend von einer DC- Spannungsversorgung eines Wechselrichters oder einer vom Ausgang des Wechselrichters abgeleiteten Spannung, vorzugsweise der AC-Mittenpunktspannung des
Wechselrichters, versorgt werden.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Schaltung, insbesondere C oder ASIC, bereit, die zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben ist ausgebildet ist.
Weiter Ausgestaltungen der Erfindung werden mit Blick auf die Figuren beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt schematisch ein Vorschaltgerat
nach dem Stand der Technik. Fig. 2 zeigt schematisch eine Regelung der Heizleistung nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäße
Vorschaltgerät .
Fig. 4 zeigt exemplarisch eine
Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
Fig. 5 zeigt in einem Diagramm eine
Abhängigkeit von Sollwert und Dimmwert.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung In Fig. 3 ist ein Vorschaltgerät V gezeigt, das zum Betrieb einer Gasentladungslampe L mit Heizwendeln Wl, W2, dient. Zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die Gasentladungslampe L wird von einem Gleichrichter eine Netzspannung gleichgerichtet und in einer Glättungsschaltung geglättet. Optional kann die Glättungsschaltung auch eine aktive oder passive Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweisen. Ein
Wechselrichter erzeugt daraus eine Wechselspannung die einem Resonanzkreis zugeführt wird. Die Spannung wird der Gasentladungslampe L als Betriebsspannung zugeführt.
Gemäss der Erfindung wird wenigstens eine Wendel der Gasentladungslampe (auch im Brennbetrieb) beheizt. Die Beheizung erfolgt dabei geregelt, d.h. mit einer gemessenen Rückführgrösse als Istwert für die Regelung. Die Erfindung macht sich die Ohmschen Eigenschaften einer Wendel einer Gasentladungslampe L zunutze, indem die Wendel als Ohmscher Widerstand betrachtet wird.
Aufgrund der bekannten Temperaturabhängigkeit des Ohmschen Widerstandes kann durch eine Ermittlung eines Stroms und/oder einer Spannung an der Wendel eine Temperatur der Wendel wiedergebender Parameter gewonnen werden. Dieser Parameter kann dann mit einem Sollwert verglichen werden und abhängig von diesem Vergleich kann eine Steuergröße eines Heizkreises für die Wendel (beispielsweise eine T0n- Zeit eines (Flyback- ) Konverters) eingestellt werden.
Vorzugsweise an der "kalten Wendel" (die masseseitige Wendel, z. B. Wendel W2) wird ein Wendelstrom und/oder eine WendelSpannung an der/über die Wendel ermittelt. Dies sind also Beispiele für die Messung eines die Wendeltemperatur wiedergebenden Parameters .
Die ermittelten Werte werden einer Steuerschaltung SS (z.B. ASIC, Mikrocontroller) als Parameter zugeführt, der die Temperatur an der Wendel wiedergibt . Die Steuerschaltung SS vergleicht diesen Parameter mit einem Sollwert, der beispielsweise in einem Speicher abgelegt ist und bspw. vom Lampenhersteller vorgegeben sein kann. Aufgrund dieses Vergleiches steuert die Steuerschaltung SS den Heizkreis nach einer Steuergröße, die sich aus dem Vergleich des ermittelten Parameters, der dem Istwert entspricht, und dem Sollwert ergibt. Dementsprechend verändert sich die abgegebene Heizleistung und die Wendel wird entsprechend beheizt. Die Steuerung des Heizkreises und der Heizleistung erfolgt somit auf die konkrete Temperatur der Wendel. Im Stand der Technik sind lediglich „open koop" Lösungen bekannt, die einen Stellwert für den Heizkreis und somit eine Heizleistung abhängig von einem Dimmwert einstellen und somit eine sich verändernde Regelstrecke (Lampe und deren Unmgebungseinflüsse) nicht berücksichtigen, obwohl derartige Veränderungen auch bei konstantem Dimmwert unterschiedliche Stellwerte für den Heizkreis erfordern können .
Der Heizkreis kann somit auch unabhängig von einer Mittelpunktspannung des Wechselrichters und, z. B., direkt durch eine ZwischenkreisSpannung (Busspannung) betrieben werden. Die VersorgungsSpannung für den Heizkreis kann dabei die dem Wechselrichter zugeführte, im Wesentlichen konstante, Zwischenkreisspannung sein. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung grundsätzlich auf andere Heiztopologien angewendet werden kann, insbesondere auf solche, bei denen die Spannungsversorgung des Heizkreises ausgehend (nachgeschaltet) zu dem Wechselrichter erfolgt.
Zur Regelung der Heizleistung kann die Steuerschaltung SS einen primärseitigen Schalter eines Transformators, vorzugsweise eines Flyback-Konverters, takten. Die von der Steuerschaltung SS bestimmte Steuergröße ist dann eine T0n- Zeit dieses Schalters. Das Prinzip des Flyback-Konverters ist, dass eine Menge Energie im Magnetfeld einer magnetisch gekoppelten Spule bei geschlossenem Schalterelement gespeichert wird (1. Phase, „Laden", Leitphase) und diese danach auf der Verbraucherseite bezogen wird (2. Phase, „Entladen", Sperrphase), wenn das Schalterelement geöffnet wird. Dieser Zyklus wird gesteuert und mit einer Schaltfrequenz durchlaufen, so dass z.B. ein quasi kontinuierlicher Energiefluss von der Erzeuger- zur Verbraucherseite entsteht.
Während der Leitphase fließt ein Strom durch eine primarseitige Spule, welcher durch die Eingangsspannung UE verursacht wird. Die sekundärseitige Spule ist stromlos. Dadurch baut sich im Luftspalt eine magnetische Spannung auf. In dieser Phase gibt es keine Energieübertragung, die Ausgangsspannung wird durch einen Kondensator gehalten.
Öffnet sich das Schalterelement, so beginnt die Sperrphase. Der Strom durch die primarseitige Spule fällt' durch das Öffnen des Schalterelements schlagartig auf null. Dadurch nimmt der Strom durch die sekundärseitige Spule zu und lädt den Kondensator auf eine AusgangsSpannung auf. Dieser Strom nimmt linear ab und wird im einem lückenden Betrieb schließlich Null, wenn alle Energie aus der sekundärseitigen Spule abgeflossen ist, die Spule also „entladen" ist. Danach schließt der Schalter wieder, die Leitphase beginnt wieder, und der Zyklus beginnt von neuem. Der eigentliche Energietransport auf die Sekundärseite findet während der Sperrphase statt.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung gezeigt. Diese zeigt eine Heizkreistopologie bei der die Versorgung des Heizkreises ausgehend von einem Abgriff zwischen Mittelpunkt und Lampe erfolgt. Alternativ kann der Heizkreis aber auch beispielsweise über eine Ankopplung an die geglättete Busspannung Vbus versorgt werden .
Der Sollwert (Vnom) kann aber natürlich auch abhängig von einem dem Pegel DL (Dimmwert) bestimmt werden. Dafür können beispielsweise FrequenzInformationen (f-inform) vom Wechselrichter an sie Steuerschaltung SS übergeben werden. Entscheidend für die erfindungsgemäße Regelung ist jedoch, dass eine von einem Hersteller der Gasentladungslampe L vorgegebene Emissionstemperatur an der überwachten Wendel gehalten werden kann.
Die Steuerschaltung SS kann ein Step-Up- /Step-Down-Wandler sein. Für die Steuerschaltung SS kann insbesondere einer der folgenden Regler zum Einsatz kommen: Proportional- Regler (P-Regler) , Proportional- Integral-Regler (PI- Regler) , Proportional- Integral-Differential-Regler (PID- Regler) , Proportional-Differential-Regler (PD-Regler) . Eine Logik für einen Step-Up- /Step-Down-Wandler kann beispielsweise wie folgt realisiert werden: einem Durchschnittswert vfil_avg über eine Anzahl von Messungen (z.B. mehrere samples) wird durch einen Vergleich mit dem Sollwert, z.B. die Soll-Wendelspannung Vnom, bzw. ein abhängig von dem Dimmwert berechneter Sollwert vfil_nom, entschieden, ob die Ton- eit/die Schaltfrequenz für das primärseitige Schalterelement des Flyback-Konverters verändert werden soll. Dies ist dann der Fall, wenn der Wert vfil_nom von dem vfil_avg abweicht. Sind beide Werte gleich, so bleibt die Ton-Zeit/die Schaltfrequenz für das primärseitige Schalterelement unverändert . Ist der Sollwert für den ermittelten Parameter Dimmwert abhängig, so nimmt der Sollwert zu höheren Dimmwerten hin vorzugsweise ab. Dies ist in Fig. 5 gezeigt.
Der Grund für diese Abnahme ist, dass bei höheren Dimmwerten und somit einem höheren Entladungsstrom eine lokal eingeschränkte Erwärmung der Wendel (Hot Spot) auftritt. Diese lokale Erwärmung, schlägt sich nicht vollständig in der WendelSpannung, und damit in dem ermittelten Parameter (sofern dieser die WendelSpannung ist) , nieder, da der Rest der Wendel nicht entsprechend aufgeheizt wird. Jedoch erfolgt auch durch die lokal eingeschränkte Erwärmung die notwendige Erwärmung, da ja im Emissionsbereich lediglich die Solltemperatur vorliegen soll. Aufgrund dieser eingeschränkten Erwärmung (Hot Spot) kann also im Bereich höherer Dimmwerte der Heizstrom zurückgenommen werden. Es ist auch vorgesehen, z.B. in der Vorheizphase einen Maximalwert für z. B. die WendelSpannung vorzugeben, der dann in der Vorheizphase nicht überschritten werden darf . Die WendelSpannung wird begrenzt, um beispielsweise eine Querentladung über der Heizwendel zu vermeiden. Die mit der BusSpannung Vbus verbundene SteuerSchaltung SS legt den Start einer Vorheizphase für die Gasentladungslampe L fest. Die Heizleistung bzw. der Wendelstrom kann während der Vorheizphase im Allgemeinen konstant gehalten werden. Der Sollwert für die WendelSpannung (allgemein: der Sollwert für den die Wendeltemperatur wiedergebenden Parameter) ist vorzugsweise abhängig von der dem Controller bekannten aktuellen Betriebsphase, also vorzugsweise unterschiedlich für die Betriebszustände "Vorheizen", "stabiler Betrieb", "Brennbetrieb unmittelbar nach dem Zünden", usw. Der Sollwert kann darüber hinaus abhängig von einem beispielsweise über die Wendel erkannten Lampentyp sein. Weiter kann der Sollwert auch bei installierten Anlagen programmierbar ausgestaltet sein und vorzugsweise durch ein Softwareupdate verändert werden. Dabei können auch Absolutwerte sowie Abhängigkeiten des Sollwerts verändert werden.
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, eine maximale Lebenszeit von Gasentladungslampen in einem Dimmbetrieb zu ermöglichen, da die Gasentladungslampen Wendeln auf Emissionstemperatur gehalten werden können. Ist der Sollwert erreicht, so kann die T0n-Zeit des primärseitigen Schalters des Transformators wieder reduziert werden. Die Ermittlung der Spannung und/oder des Stroms an der Wendel kann durch eine Hardware oder Softwarekomponente und abhängig von einem erkannten Lampentyp erfolgen.

Claims

Ansprüche
Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe (L) , mit einem Lastkreis, an den die
Gasentladungslampe (L) anzuschliessen ist, einem mittels eines Schalters gesteuerten, vorzugsweise getakteten Heizkreis für wenigstens eine Wendel (Wl, W2) der Gasentladungslampe (L) , und einer
Steuerschaltung (SS) ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerschaltung (SS) direkt oder indirekt eine Temperatur mindestens einer Wendel (Wl, W2) anhand eines vorzugsweise elektrischen Temperatur- Parameters wie bspw. einer Spannung und/oder eines Stroms an der mindestens einen Wendel (Wl, W2) erfasst, und die Steuerschaltung (SS) den ermittelten Temperatur- Parameter als Istwert für eine Regelung einer
Heizleistung verwendet, um abhängig von dem
Temperatur-Parameter die der Wendel
(Wl, W2)
zugeführte elektrische Heizleistung durch
Ansteuerung, vorzugsweise Taktung des Schalters des Heizkreises zu regeln.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei das Vorschaltgerät einen Wechselrichter aufweist und der Heizkreis ausgehend von einer DC-Spannungsversorgung des Wechselrichters oder einer vom Ausgang des Wechselrichters abgeleiteten Spannung, vorzugsweise der AC-Mittenpunktspannung des Wechselrichters, versorgt ist.
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Heizkreis einen primärseitig durch den Schalter PWM- getakteten Transformator aufweist und die Steuergröße des Heizkreises vorzugsweise die ton-Zeit des Schalters ist.
4. Vorschaltgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (SS) Spannungen und/oder Ströme an Wendeln mehrerer Gasentladungslampen ermittelt, daraus jeweils einen die Temperatur der jeweiligen Wendel widergebenden Parameter ermittelt und die jeweiligen Heizkreise entsprechend einstellt.
5. Vorschaltgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei je Gasentladungslampe (L) ein Sollwert vorgegeben ist .
6. Vorschaltgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Sollwert abhängig von einem Dimmpegel (DL) /von Dimmpegeln, einem über die Wendeln erkannten Lampentyp oder konstant ist und/oder abhängig von einem vom Hersteller der Gasentladungslampe (L) vorgegebenen Emissionsparameter, z.B. einer
Emissionstemperatur, ist.
7. Vorschaltgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Regelung im Bereich eines Vorheizens der Wendeln (Wl, W2) erfolgt. 8. Vorschaltgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei während dem Vorheizen ein Maximalwert für die WendelSpannung vorgegeben wird, der in der Vorheizphase nicht überschritten werden darf.
. Vorschaltgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Sollwert/die Sollwerte in Form einer Look- Up-Table bereitgestellt und/oder programmierbar ausgestaltet sind, wobei eine Programmierung vorzugsweise durch ein Softwareupdate erfolgt und/oder ein Absolutwert/Absolutwerte und/oder eine Abhängigkeit des Sollwerts verändert wird.
0. Verfahren zum Regeln einer WendelSpannung einer Gasentladungslampe (L) , mit den Schritten: a. direktes oder indirektes Erfassen einer Temperatur mindestens einer Wendel (Wl, W2) der Gasentladungslampe (L) anhand eines vorzugsweise elektrischen Temperatur-Parameters wie bspw. einer Spannung und/oder eines Stroms an der mindestens einen Wendel (Wl, W2) durch eine Steuerschaltung (SS) , b. Verwenden des ermittelten Temperatur-Parameters als Istwert für eine Regelung einer Heizleistung, c. Regeln der der Wendel zugeführten elektrischen Heizleistung durch eine von dem Temperatur- Parameter abhängige Ansteuerung durch die Steuerschaltung (SS) , vorzugsweise durch Taktung eines Schalters eines gesteuerten, vorzugsweise getakteten Heizkreis für die Wendel (Wl, W2) der Gasentladungslampe (L) .
1. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Heizkreis ausgehend von einer DC-Spannungsversorgung eines Wechselrichters oder einer vom Ausgang des
Wechselrichters abgeleiteten Spannung, vorzugsweise der AC-Mittenpunktspannung des Wechselrichters, versorgt ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Heizkreis einen primärseitig durch den Schalter PWM- getakteten Transformator aufweist und die Steuergröße des Heizkreises vorzugsweise die ton-Zeit des Schalters ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei die Steuerschaltung (SS) Spannungen und/oder Ströme an Wendeln mehrerer Gasentladungslampen ermittelt, daraus jeweils einen die Temperatur der jeweiligen Wendel widergebenden Parameter ermittelt und die jeweiligen Heizkreise entsprechend einstellt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, wobei je Gasentladungslampe (L) ein Sollwert vorgegeben ist .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-14, wobei der Sollwert abhängig von einem Dimmpegel (DL) /von Dimmpegeln, einem über die Wendeln erkannten
Lampentyp oder konstant ist und/oder abhängig von einem vom Hersteller der Gasentladungslampe (L) vorgegebenen Emissionsparameter, z.B. einer
Emissionstemperatur, ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-15, wobei die Steuerung im Bereich eines Vorheizens der Wendeln (Wl, W2) erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-16, wobei während dem Vorheizen ein Maximalwert für die endelSpannung vorgegeben wird, der in der Vorheizphase nicht überschritten werden darf.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-17, wobei der Sollwert/die Sollwerte in Form einer Look-Up- Table bereitgestellt und/oder programmierbar ausgestaltet sind, wobei eine Programmierung vorzugsweise durch ein Softwareupdate erfolgt und/oder ein Absolutwert/Absolutwerte und/oder eine Abhängigkeit des Sollwerts verändert wird.
9. Schaltung, insbesondere /xC oder ASIC, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 18 ausgebildet ist.
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