EP2719259B1 - Verfahren zum betreiben eines elektronischen vorschaltgeräts für ein leuchtmittel und elektronisches vorschaltgerät - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines elektronischen vorschaltgeräts für ein leuchtmittel und elektronisches vorschaltgerät Download PDF

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EP2719259B1
EP2719259B1 EP12735185.6A EP12735185A EP2719259B1 EP 2719259 B1 EP2719259 B1 EP 2719259B1 EP 12735185 A EP12735185 A EP 12735185A EP 2719259 B1 EP2719259 B1 EP 2719259B1
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EP
European Patent Office
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electronic ballast
voltage
under
dimming characteristic
input voltage
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EP12735185.6A
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EP2719259A1 (de
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Peter Lampert
Frank Lochmann
Rainer Troppacher
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
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    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
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    • H05B41/2851—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B41/2856—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against internal abnormal circuit conditions

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an electronic ballast for a light source, such as a gas discharge lamp or light emitting diode (LED), as well as a correspondingly designed electronic ballast.
  • a light source such as a gas discharge lamp or light emitting diode (LED)
  • LED light emitting diode
  • Electronic ballasts are usually used for certain bulbs, such as gas discharge lamps or light emitting diodes, to reliably start or ignite the light source and to operate with optimum efficiency and the best possible light output.
  • the electronic ballasts are designed such that they operate the respective lighting means with the respectively suitable frequency, wherein in addition the current supplied to the lighting means is limited.
  • Modern electronic ballasts usually have a circuit for power factor correction (“PFC”) and can also be equipped with a variety of additional functions, in particular various monitoring functions or dimming functions.
  • PFC power factor correction
  • electronic ballasts may be provided with an overvoltage monitoring, wherein the supply voltage supplied to the electronic ballast is monitored and a warning signal is generated in the event that it exceeds a predetermined reference value.
  • ISG Intelligent Temperature Guard
  • a power supply unit provides independent power to each of three LED groups.
  • Each LED array power supply unit has an input controlled switch connected to a power supply line to provide power to an LED array.
  • An input undervoltage / input overvoltage circuit monitors the voltage level of a power supply line to enable or disable the input controlled switch according to the voltage level of the power supply line.
  • EP 1 324 643 A1 concerns an electronic ballast with current limitation for power control.
  • a control or regulating circuit is provided which detects an operating parameter of an inverter or a load circuit corresponding to a power of a lamp and changes an operating frequency of the inverter depending on the detected operating parameter.
  • the variation of the operating frequency is limited downwards by a stop frequency.
  • the stop frequency - starting from a base stop frequency - increases with increasing temperature.
  • US 2002/0109467 A1 relates to a discharge lamp circuit comprising a DC-DC converter circuit for boosting or lowering a DC input voltage from a DC power supply, a DC-AC converter circuit for converting the output voltage from the DC-DC converter circuit into an AC voltage, and a control circuit for controlling the electric power supply for a discharge lamp.
  • the discharge lamp power supply is reduced in response to a decrease in the DC input voltage when the decrease in the DC input voltage is detected.
  • the discharge lamp power supply is reduced as the ambient temperature increases, even though the drop in the DC input voltage remains unchanged.
  • US Pat. No. 7,606,679 B1 relates to an integrated circuit diagnostic system for LED energy management. Diagnostic data may include temperature, voltage and overvoltage, among others.
  • EP 2 244 536 A1 concerns a thermal protection for lamp ballasts.
  • the output current of a ballast is dynamically limited according to a stepped function or a combination of a stepped and a continuous function when an over-temperature condition is detected in the ballast to reduce the temperature of the ballast while continuing to operate.
  • US 2011/0068703 A1 concerns a dimmable LED light.
  • An LED lighting line voltage provides variable illumination in accordance with industry-standard lighting dimmers through the use of an input voltage monitoring circuit which variably controls the current output of an integrated driver in response to detected changes in the input voltage.
  • the DE 10 2004 007 006 A1 relates to a temperature-controlled electronic ballast for gas discharge lamps.
  • the ballast comprises electronic components for generating and maintaining a gas discharge and means for controlling the power consumption of the ballast and / or the gas discharge lamp and temperature-sensitive elements.
  • the temperature-sensitive elements affect the means for controlling the power consumption so that the power consumption is reduced with temperature increase.
  • DE 10 2004 009 583 A1 relates to a ballast with improved emergency power transfer.
  • the ballast is designed to bridge shorter power failures typically encountered when switching to emergency power in a highly dimmed mode. This avoids an undefined shutdown of a gas discharge lamp with simultaneous continued operation of an inverter and possibly occurring too high voltages.
  • EP 0 338 109 A1 relates to a ballast for a discharge lamp.
  • the ballast includes an inverter powered by a DC voltage source which generates the AC voltage for the discharge lamp.
  • the inverter is fed by a variable frequency generator, an AC voltage of variable frequency.
  • the frequency of the variable frequency generator can be controlled by a control unit.
  • the control unit is supplied with control signals which correspond to different parameters of the ballast. The response of the control unit to changes in the mentioned parameters is to change the frequency of the frequency generator or to shut down the frequency generator or the inverter.
  • EP 0 677 982 A1 relates to a method of operating a ballast for discharge lamps.
  • the ballast comprises a rectifier for rectification and filtering of the mains voltage.
  • the rectified voltage is smoothed in the DC link via a capacitor and fed to an inverter.
  • the inverter frequency is lowered from a high starting frequency, whereby it is constantly monitored that a minimum frequency is not undershot.
  • the size of the minimum frequency depends on the instantaneous DC link voltage.
  • EP 0 848 580 A1 relates to an electronic ballast which is provided with a thermal safety circuit.
  • the safety circuit prevents operation of the ballast when a temperature and / or voltage across the lamp exceeds a given value.
  • WO 2008/155714 A1 relates to a method for operating a lamp driver.
  • a line voltage is measured and a voltage range between two threshold voltages is determined, wherein the measured line voltage is.
  • a reference signal is determined, which corresponds to the voltage range.
  • the reference signal shows a percentage the maximum light source power.
  • the light source power is controlled to a value which substantially corresponds to the reference signal.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for operating an electronic ballast and a correspondingly designed electronic ballast, whereby a reliable operation of the electronic ballast can be achieved over the widest possible temperature range.
  • the input voltage of the electronic ballast or a variable representing the input voltage is monitored and compared with a reference value, the reference value representing a still tolerable minimum value for the input voltage of the electronic ballast. If an undershooting of this reference value or threshold value is detected, the electronic ballast is controlled in such a way that the power output to the lamp is reduced and thus the lamp is dimmed accordingly. Reducing the output power of the electronic ballast is done by appropriately driving an inverter of the electronic ballast.
  • the invention is based on the finding that the components of an electronic ballast heat up more strongly at low voltages, so that safety problems at low input voltage values can be avoided by lowering the output power of the electronic ballast in the previously described undervoltage case.
  • the problem occurring in electronic ballasts of the so-called triangle temperature, ie the highest temperature occurring at the electronic ballast, at a high dimming level and a maximum ambient temperature prevented.
  • the electronic ballast can be operated at relatively low temperatures despite low input voltage with maximum output power, or the electronic ballast can generate even at very low input voltages with at least low output power light (for example, unbalanced load).
  • operating parameters of the luminous means in particular the current or the voltage of the luminous means, may also be evaluated and used in adjusting the output power of the electronic ballast, i. be taken into account when setting the dimming level, so that indirectly, the lamp temperature can be considered.
  • the input voltage can be detected both directly and derived from other operating parameters of the electronic ballast, in particular from operating parameters of a power factor correction circuit of the ballast.
  • the invention is generally suitable for use in electronic ballasts for operation with any lamps, such as in particular gas discharge lamps, halogen bulbs or LEDs.
  • Fig. 1 schematically is an embodiment of an electronic ballast 9 according to the invention for the operation with a lighting means 10, for example a gas discharge lamp shown.
  • the electronic ballast 9 is connected on the input side via a high-frequency filter 1 to a (not shown) supply voltage source.
  • the output of the high-frequency filter 1 is connected to a rectifier circuit 2, which converts the supply voltage into a rectified voltage, with which a power factor correction circuit 3 is operated, which is provided for smoothing and harmonic filtering.
  • the power factor correction circuit 3 in the form of a boost converter or boost converter with a smoothing capacitor C1, an inductance L, a controllable switch S1 of a diode D and an output-side storage capacitor C2 configured.
  • the power factor correction circuit 3 comprises a measuring circuit with resistors R1 and R2, with the aid of which, depending on the operating phase of the power factor correction circuit 3, a measured variable corresponding to the output voltage at the capacitor C2 or a measured current corresponding to the current through the inductance L and one preferably in the form of an integrated Circuit, in particular in the form of an ASIC ("Application Specific Integrated Circuit") trained control unit 4 is supplied.
  • the control unit 4 controls the switch S1, which can be designed as a MOS field-effect transistor, in such a way that it is alternately switched on and off at specific times in order to charge the inductance L (in the switched-on state of the switch S1) or to discharge (in the off state of the switch S1).
  • the intermediate circuit voltage applied to the capacitor C2 is fed to an inverter 5, which comprises two controllable switches S2 and S3 arranged in a half-bridge circuit.
  • the switches S2 and S3 are in turn preferably designed as MOS field-effect transistors.
  • an alternating voltage is generated at the midpoint of the half-bridge, which is supplied to a load circuit 6 with the lighting means 10 connected thereto.
  • control of the inverter 5 and the controllable switches S2 and S3 is effected by a control circuit 7, which is preferably designed as an ASIC.
  • control circuit 7 an undervoltage monitoring functionality is integrated with respect to the input voltage Vin of the electronic ballast, which will be explained in more detail below.
  • the control circuit 7 is - as in Fig. 1 is shown - fed to a measuring voltage representing the input voltage Vin of the electronic ballast 9.
  • the control circuit 7 can directly detect the input voltage or else indirectly derive from the voltage applied to the power factor correction circuit 3 or from the aforementioned measurement information obtained with the aid of the voltage divider formed by the resistors R1 and R2 in the power factor correction circuit 3 this in Fig. 1 indicated by dashed lines.
  • control circuit 7 If the control circuit 7 detects that the monitored input voltage Vin has reached or falls below a predetermined reference value, the time is taken by the Control circuit of the inverter 5 and the switches S2 and S3 so controlled that the output to the load circuit 6 and the lamp 10 output power is reduced, which has a corresponding dimming of the bulb 10 result. In this way, safety problems at a too low input voltage Vin, in particular due to excessive heating of the components of the electronic ballast 9 at a low input voltage can be avoided.
  • this undervoltage detection can be combined with further input parameters, which are also evaluated by the control circuit 7, in order to ensure sufficient performance of the electronic ballast 9 over a wide temperature range.
  • the undervoltage monitoring can be combined with a monitoring of the ambient temperature T of the electronic ballast, for which purpose a temperature sensor 8 is provided which can be arranged directly on the control circuit 7 or also externally of the electronic ballast 9.
  • the temperature sensor 8 detects a value representing the ambient temperature T of the electronic ballast and feeds it to the control circuit 7, so that the control circuit 7 can detect the inverter 5 not only as a function of the input voltage but also as a function of the temperature when an undervoltage condition is detected, in particular the drive of the inverter is carried out according to a stored in the control circuit 7 characteristic which is both dependent on the input voltage Vin and dependent on the temperature T. This will be explained in more detail below with reference to Fig. 2 be explained.
  • a dimming characteristic a dependent on the input voltage Vin is shown for the inverter 5, the output power P being plotted as a percentage of the maximum output power via the input voltage Vin indicated by its effective value Vrms. How out Fig. 2 is apparent, when reaching an undervoltage reference value V1 of the Inverter 5 controlled such that the output to the light emitting means 10 output power of the characteristic a is reduced accordingly to dim the illuminant down to a dimming level DL.
  • the characteristic curve used in each case is selected depending on the ambient temperature.
  • two further characteristic curves b and c are shown by way of example, wherein the temperature underlying the characteristic curve b is lower than in the characteristic curve a, while the temperature underlying the characteristic curve c is again lower than in the characteristic curve b.
  • the characteristic curve a can correspond, for example, to an ambient temperature of 60 ° C., whereby the associated low-voltage reference value V1 can be at 190V.
  • the characteristic curve b may for example be associated with an ambient temperature of 25 ° C., whereby the corresponding undervoltage reference value V 2 may be 170V.
  • the characteristic curve c can finally correspond, for example, to an ambient temperature of -25 ° C., whereby the corresponding undervoltage reference value V3 can be at 150V.
  • the characteristic control can be such that the electronic ballast still generates light even with a very low input voltage, for example in unbalanced load. So is according to Fig. 2 even with a very low input voltage V4, which may be on the order of 40V, for example, not dimming more than the dimming level DL, this dimming level DL corresponding to, for example, an output power in the range of a few percent of the maximum output power can.
  • V4 which may be on the order of 40V, for example, not dimming more than the dimming level DL
  • this dimming level DL corresponding to, for example, an output power in the range of a few percent of the maximum output power can.
  • control circuit 7 in the characteristic-dependent control of the inverter 6 can alternatively or in addition to the ambient temperature T also evaluate other parameters, so as to take into account additional operating cases.
  • control circuit can also evaluate the voltage V L or the current I L of the luminous means, these parameters, which in particular allow conclusions about the temperature of the luminous means 10, to be made available to the control circuit 7 by the load circuit 6.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Vorschaltgeräts für ein Leuchtmittel, wie beispielsweise eine Gasentladungslampe oder Leuchtdiode (LED), sowie ein entsprechend ausgestaltetes elektronisches Vorschaltgerät.
  • Elektronische Vorschaltgeräte werden üblicherweise für bestimmte Leuchtmitteln, wie beispielsweise Gasentladungslampen oder Leuchtdioden, eingesetzt, um das Leuchtmittel zuverlässig starten bzw. zünden und mit einem optimalen Wirkungsgrad und einer bestmöglichen Lichtausbeute betreiben zu können. Zu diesem Zweck sind die elektronischen Vorschaltgeräte derart ausgestaltet, dass sie das jeweilige Leuchtmittel mit der jeweils geeigneten Frequenz betreiben, wobei zudem der dem Leuchtmittel zugeführte Strom begrenzt wird.
  • Mit dem Trend zu höherer Funktionalität und niedrigerem Energieverbrauch steigen die Anforderungen an elektronische Vorschaltgeräte. Moderne elektronische Vorschaltgeräte besitzen in der Regel eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur ("Power Factor Correction", PFC) und können darüber hinaus mit einer Vielzahl zusätzlicher Funktionen, wie insbesondere verschiedenen Überwachungsfunktionen oder Dimmfunktionen, ausgerüstet sein.
  • So können elektronische Vorschaltgeräte beispielsweise mit einer Überspannungsüberwachung versehen sein, wobei die dem elektronischen Vorschaltgerät zugeführte Versorgungsspannung überwacht und für den Fall, dass diese einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, ein Warnsignal generiert wird.
  • Ein weiteres Beispiel für die erweiterte Funktionalität moderner elektronischer Vorschaltgeräte ist eine auch als "Intelligent Temperature Guard" (ITG) bezeichnete Temperaturschutzfunktion, wobei die Umgebungstemperatur des elektronischen Vorschaltgeräts überwacht wird, um bei sehr hohen Temperaturen das elektronische Vorschaltgerät abzuschalten oder zumindest herunter zu regeln, so dass in diesem Fall die an das Leuchtmittel abgegebene elektrische Leistung reduziert und das Leuchtmittel gedimmt wird. Diese Funktion ist eine reine Schutzfunktion und hat nicht zum Ziel, die Leistungsfähigkeit des elektronischen Vorschaltgeräts über den gesamten zulässigen Temperaturbereich zu gewährleisten.
  • Aus EP 2 076 095 A2 ist beispielsweise ein dreifarbiges LED Verkehrssignal bekannt. Eine Stromversorgungseinheit stellt unabhängigen Strom für jede von drei LED-Gruppen bereit. Jede LED-Gruppen-Stromversorgungseinheit weist einen eingabegesteuerten Schalter auf, welche mit einer Stromversorgungsleitung verbunden ist, um Strom für eine LED Anordnung bereitzustellen. Ein Schaltkreis für eine Eingangsunterspannung/Eingangsüberspannung überwacht den Spannungspegel einer Stromversorgungsleitung, um den eingabegesteuerten Schalter gemäß dem Spannungspegel der Stromversorgungsleitung freizugeben oder zu sperren.
  • EP 1 324 643 A1 betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät mit Strombegrenzung bei Leistungsregelung. Eine Steuer- oder Regelschaltung ist vorgesehen, welche einen einer Leistung einer Lampe entsprechenden Betriebsparameter eines Wechselrichters oder eines Lastkreises erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebsparameter eine Betriebsfrequenz des Wechselrichters verändert. Die Variation der Betriebsfrequenz ist nach unten durch eine Stoppfrequenz begrenzt. Erfindungsgemäß steigt die Stoppfrequenz - ausgehend von einer Basis-Stoppfrequenz - mit steigender Temperatur an.
  • US 2002/0109467 A1 betrifft einen Entladungslampenschaltkreis, welcher einen DC-DC Wandlerschaltkreis zum Verstärken oder Absenken einer DC Eingangsspannung von einer DC Stromversorgung, einen DC-AC Wandlerschaltkreis zum Wandeln der Ausgangsspannung von dem DC-DC Wandlerschaltkreis in eine AC Spannung, und einen Steuerschaltkreises zum Steuern der elektrischen Stromversorgung für eine Entladungslampe aufweist. Die Stromversorgung für die Entladungslampe wird in Abhängigkeit von einem Absinken der DC Eingangsspannung verringert, wenn das Absinken der DC Eingangsspannung erfasst wird. Die Stromversorgung für die Entladungslampe wird verringert, wenn sich die Umgebungstemperatur erhöht, auch wenn das Absinken der DC Eingangsspannung unverändert bleibt.
  • US 7,606,679 B1 betrifft ein Diagnosesystem für integrierte Schaltkreise für ein LED Energiemanagement. Diagnosedaten können unter anderem Temperatur, unter Spannung und Überspannung umfassen.
  • EP 2 244 536 A1 betrifft einen thermischen Schutz für Lampenvorschaltgeräte. Der Ausgangsstrom eines Vorschaltgeräts wird gemäß einer gestuften Funktion oder einer Kombination aus einer gestuften und einer kontinuierlichen Funktion dynamisch begrenzt, wenn ein Übertemperaturzustand in dem Vorschaltgerät erfasst wird, um die Temperatur des Vorschaltgeräts zu verringern, während es fortgesetzt arbeitet.
  • US 2011/0068703 A1 betrifft eine dimmbare LED-Leuchte. Eine LED-Leuchten-Leitungsspannung erzeugt eine veränderliche Beleuchtung in Abhängigkeit von industrieüblichen Beleuchtungsdimmern durch die Verwendung eines Eingangsspannungsüberwachungsschaltkreises, welcher die Stromausgabe eines integrierten Treibers in Abhängigkeit von erfassten Änderungen bei der Eingangsspannung veränderlich steuert.
  • DE 10 2004 007 006 A1 betrifft ein temperaturgesteuertes elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen. Das Vorschaltgerät umfasst elektronische Bauteile zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer Gasentladung sowie Mittel zum Steuern der Leistungsaufnahme des Vorschaltgeräts und/oder der Gasentladungslampe sowie temperatursensitive Elemente. Die temperatursensitiven Elemente beeinflussen die Mittel zum Steuern der Leistungsaufnahme so, dass die Leistungsaufnahme bei Temperaturanstieg reduziert wird.
  • DE 10 2004 009 583 A1 betrifft ein Vorschaltgerät mit verbesserter Notstrombetriebsumschaltung. Das Vorschaltgerät ist darauf ausgerichtet, kürzere Spannungsausfälle, wie sie typischerweise beim Umschalten auf Notstrombetrieb auftreten, in einer stark gedimmten Betriebsart zu überbrücken. Damit wird ein undefiniertes Abschalten einer Gasentladungslampe bei gleichzeitigem Weiterbetrieb eines Wechselrichters und eventuell auftretende zu hoher Spannungen vermieden.
  • EP 0 338 109 A1 betrifft ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe. Das Vorschaltgerät enthält einen von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter, welcher die Wechselspannung für die Entladungslampe erzeugt. Dem Wechselrichter wird von einem variablen Frequenzgenerator eine Wechselspannung variabler Frequenz zugeführt. Die Frequenz des variablen Frequenzgenerators ist von einer Steuereinheit steuerbar. Der Steuereinheit werden Steuersignale zugeführt, die verschiedenen Parametern des Vorschaltgeräts entsprechen. Die Reaktion der Steuereinheit auf Veränderungen der erwähnten Parameter besteht in einer Veränderung der Frequenz des Frequenzgenerators oder in einem Abschalten des Frequenzgenerators oder des Wechselrichters.
  • EP 0 677 982 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Vorschaltgeräts für Entladungslampen. Das Vorschaltgerät umfasst einen Gleichrichter zur Gleichrichtung und Filterung der Netzspannung. Die gleichgerichtete Spannung wird im Zwischenkreis über einem Kondensator geglättet und einem Wechselrichter zugeführt. Im Startbetrieb wird die Wechselrichterfrequenz von einer hohen Startfrequenz abgesenkt, wobei dauernd überwacht wird, dass eine Minimalfrequenz nicht unterschritten wird. Die Größe der Minimalfrequenz hängt dabei von der momentanen Zwischenkreisspannung ab. Durch diese Anordnung wird die Abhängigkeit der Lampenleistung von der Zwischenkreisspannung in apparativ einfacher Weise reduziert. Gleichzeitig wird ein sicherer und schonender Einschaltbetrieb gewährleistet.
  • EP 0 848 580 A1 betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät, welches mit einem thermischen Sicherheitsschaltkreis versehen ist. Der Sicherheitsschaltkreis verhindert einen Betrieb des Vorschaltgeräts, wenn eine Temperatur und/oder eine Spannung über der Lampe einen gegebenen Wert überschreitet.
  • WO 2008/155714 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lampentreibers. Bei dem Verfahren wird eine Leitungsspannung gemessen und ein Spannungsbereich zwischen zwei Schwellenwertspannungen bestimmt, worin die gemessene Leitungsspannung liegt. Ein Referenzsignal wird bestimmt, welches dem Spannungsbereich entspricht. Das Referenzsignal zeigt einen Prozentsatz der maximalen Lichtquellenleistung an. Die Lichtquellenleistung wird auf einen Wert gesteuert, welcher im Wesentlichen dem Referenzsignal entspricht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Vorschaltgeräts sowie ein entsprechend ausgestaltetes elektronisches Vorschaltgerät bereitzustellen, womit ein zuverlässiger Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts über einen möglichst breiten Temperaturbereich erzielt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein elektronisches Vorschaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird die Eingangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts bzw. eine die Eingangsspannung repräsentierende Größe überwacht und mit einem Referenzwert verglichen, wobei der Referenzwert einen noch tolerierbaren minimalen Wert für die Eingangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts darstellt. Wird ein Unterschreiten dieses Referenzwerts oder Schwellenwerts erkannt, wird das elektronische Vorschaltgerät derart angesteuert, dass die Leistungsabgabe an das Leuchtmittel reduziert und somit das Leuchtmittel entsprechend gedimmt wird. Das Reduzieren der Ausgangsleistung des elektronischen Vorschaltgeräts erfolgt durch entsprechendes Ansteuern eines Wechselrichters des elektronischen Vorschaltgeräts.
  • Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Bauteile eines elektronischen Vorschaltgeräts bei tiefen Spannungen stärker erwärmen, so dass durch das Senken der Ausgangsleistung des elektronischen Vorschaltgeräts in dem zuvor beschriebenen Unterspannungsfall Sicherheitsprobleme bei niedrigen Eingangsspannungswerten vermieden werden können. Zudem wird das in elektronischen Vorschaltgeräten auftretende Problem der so genannten Dreieckstemperatur, d.h. der am elektronischen Vorschaltgerät auftretenden höchsten Temperatur, bei einem hohen Dimmpegel und einer maximalen Umgebungstemperatur verhindert.
  • Vorzugsweise werden verschiedene Eingangsparameter ausgewertet, um einen ausreichenden Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts über einen möglichst breiten Temperaturbereich zu gewährleisten. Insbesondere wird die Ausgangsleistung des elektronischen Vorschaltgeräts bei Erkennen eines Unterschreitens des zuvor beschriebenen Eingangsspannung-Referenzwerts gemäß einer vorgegebenen Kennlinie abhängig von der Eingangsspannung und abhängig von der Umgebungstemperatur reduziert, wozu die Umgebungstemperatur des elektronischen Vorschaltgeräts überwacht wird. Auf diese Weise können verbesserte Betriebsbedingungen realisiert werden. So kann beispielsweise das elektronische Vorschaltgerät bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen trotz niedriger Eingangsspannung mit maximaler Ausgangsleistung betrieben werden, oder das elektronische Vorschaltgerät kann auch bei sehr niedrigen Eingangsspannungen mit zumindest geringer Ausgangsleistung Licht erzeugen (beispielsweise bei Schieflast).
  • Zusätzlich oder alternativ können auch Betriebsparameter des Leuchtmittels, insbesondere der Strom oder die Spannung des Leuchtmittels, ausgewertet und bei der Einstellung der Ausgangsleistung des elektronischen Vorschaltgeräts, d.h. bei der Einstellung des Dimmpegels, berücksichtigt werden, so dass indirekt auch die Lampentemperatur berücksichtigt werden kann.
  • Die Eingangsspannung kann sowohl direkt erfasst als auch aus anderen Betriebsparametern des elektronischen Vorschaltgeräts, insbesondere aus Betriebsparametern einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung des Vorschaltgeräts, abgeleitet werden.
  • Die Erfindung eignet sich allgemein zum Einsatz in elektronischen Vorschaltgeräten für den Betrieb mit beliebigen Leuchtmitteln, wie insbesondere Gasentladungslampen, Halogenglühlampen oder Leuchtdioden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
    • Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines elektronischen Vorschaltgeräts gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
    • Fig. 2 zeigt verschiedene Kennlinien, welche bei dem in Fig. 1 gezeigten elektronischen Vorschaltgerät bei Erkennen einer zu niedrigen Eingangsspannung zur Einstellung der Ausgangsleistung des elektronischen Vorschaltgeräts vorgesehen sein können.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts 9 für den Betrieb mit einem Leuchtmittel 10, beispielsweise einer Gasentladungslampe, dargestellt.
  • Das elektronische Vorschaltgerät 9 ist eingangsseitig über ein Hochfrequenzfilter 1 an eine (nicht gezeigte) Versorgungsspannungsquelle angeschlossen. Der Ausgang des Hochfrequenzfilters 1 ist mit einer Gleichrichterschaltung 2 verbunden, welche die Versorgungsspannung in eine gleichgerichtete Spannung umsetzt, mit welcher eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 betrieben wird, welche zur Glättung und Oberwellenfilterung vorgesehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 in Form eines Hochsetzstellers oder Boost-Konverters mit einem Glättungskondensator C1, einer Induktivität L, einem steuerbaren Schalter S1 einer Diode D und einem ausgangsseitigen Speicherkondensator C2 ausgestaltet. Darüber hinaus umfasst die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 eine Messschaltung mit Widerständen R1 und R2, mit deren Hilfe abhängig von der Betriebsphase der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 eine der Ausgangsspannung am Kondensator C2 entsprechende Messgröße oder eine dem Strom durch die Induktivität L entsprechende Messgröße erfasst und einer vorzugsweise in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere in Form eines ASIC ("Application Specific Integrated Circuit") ausgebildeten Steuereinheit 4 zugeführt wird. Die Steuereinheit 4 steuert abhängig von diesen Messinformationen den Schalter S1, welcher als MOS-Feldeffekttransistor ausgestaltet sein kann, derart an, dass dieser zu bestimmten Zeitpunkten abwechselnd eingeschaltet und wieder ausgeschaltet wird, um somit die Induktivität L zu laden (im eingeschalteten Zustand des Schalters S1) bzw. zu entladen (im ausgeschalteten Zustand des Schalters S1). Der Entladestrom der Induktivität fließt über die Diode D zu dem Kondensator C2, so dass die in der Induktivität L gespeicherte Ladung in den Kondensator C2 übertragen wird. Anstelle der in Fig. 1 gezeigten beispielhaften Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 können selbstverständlich auch andere gebräuchliche Leistungsfaktorkorrektur- oder Glättungsschaltungen verwendet werden.
  • Die an dem Kondensator C2 anliegende Zwischenkreisspannung wird einem Wechselrichter 5 zugeführt, welcher zwei in einer Halbbrückenschaltung angeordnete steuerbare Schalter S2 und S3 umfasst. Die Schalter S2 und S3 sind wiederum vorzugsweise als MOS-Feldeffekttransistoren ausgebildet. Durch abwechselndes und hochfrequentes Ansteuern der Schalter S2 und S3 wird am Mittelpunkt der Halbbrücke eine Wechselspannung erzeugt, die einem Lastkreis 6 mit dem daran angeschlossenen Leuchtmittel 10 zugeführt wird.
  • Die Ansteuerung des Wechselrichters 5 bzw. der steuerbaren Schalter S2 und S3 erfolgt durch eine Steuerschaltung 7, welche vorzugsweise als ASIC ausgebildet ist. In die Steuerschaltung 7 ist eine Unterspannung-Überwachungsfunktionalität in Bezug auf die Eingangsspannung Vin des elektronischen Vorschaltgeräts integriert, welche nachfolgend näher erläutert werden soll.
  • Der Steuerschaltung 7 ist - wie in Fig. 1 gezeigt ist - eine die Eingangsspannung Vin des elektronischen Vorschaltgeräts 9 repräsentierende Messgröße zugeführt. Hierzu kann die Steuerschaltung 7 direkt die Eingangsspannung erfassen oder aber auch indirekt aus der an der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 anliegenden Spannung oder aus den zuvor erwähnten Messinformationen, welche mit Hilfe des durch die Widerstände R1 und R2 gebildeten Spannungsteilers in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 3 gewonnen werden, ableiten, wie dies in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.
  • Erkennt die Steuerschaltung 7, dass die überwachte Eingangsspannung Vin einen vorgegebenen Referenzwert erreicht oder unterschreitet, wird von der Steuerschaltung der Wechselrichter 5 bzw. die Schalter S2 und S3 derart angesteuert, dass die an den Lastkreis 6 und das Leuchtmittel 10 abgegebene Ausgangsleistung reduziert wird, was eine entsprechende Dimmung des Leuchtmittels 10 zur Folge hat. Auf diese Weise können Sicherheitsprobleme bei einer zu niedrigen Eingangsspannung Vin, insbesondere aufgrund von einer zu starken Erwärmung der Bauteile des elektronischen Vorschaltgeräts 9 bei einer niedrigen Eingangsspannung, vermieden werden.
  • Vorzugsweise kann diese Unterspannungserkennung mit weiteren Eingangsparametern, welche ebenfalls von der Steuerschaltung 7 ausgewertet werden, kombiniert werden, um eine ausreichende Leistungsfähigkeit des elektronischen Vorschaltgeräts 9 über einen weiten Temperaturbereich zu gewährleisten.
  • Insbesondere kann die Unterspannungsüberwachung mit einer Überwachung der Umgebungstemperatur T des elektronischen Vorschaltgeräts kombiniert werden, wobei zu diesem Zweck ein Temperatursensor 8 vorgesehen ist, welcher direkt an der Steuerschaltung 7 oder auch extern von dem elektronischen Vorschaltgerät 9 angeordnet sein kann. Der Temperatursensor 8 erfasst eine der Umgebungstemperatur T des elektronischen Vorschaltgeräts repräsentierende Größe und führt diese der Steuerschaltung 7 zu, so dass die Steuerschaltung 7 bei Erkennen eines Unterspannungszustands den Wechselrichter 5 nicht nur abhängig von der Eingangsspannung, sondern auch abhängig von der Temperatur ansteuern kann, insbesondere erfolgt die Ansteuerung des Wechselrichters gemäß einer in der Steuerschaltung 7 hinterlegten Kennlinie, welche sowohl abhängig von der Eingangsspannung Vin als auch abhängig von der Temperatur T ist. Dies soll nachfolgend näher anhand von Fig. 2 erläutert werden.
  • In Fig. 2 ist beispielhaft eine von der Eingangsspannung Vin abhängige Dimm-Kennlinie a für den Wechselrichter 5 dargestellt, wobei die Ausgangsleistung P als Prozentwert der maximalen Ausgangsleistung über die mit ihrem Effektivwert Vrms angegebene Eingangsspannung Vin aufgetragen ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird bei Erreichen eines Unterspannung-Referenzwerts V1 der Wechselrichter 5 derart angesteuert, dass die an das Leuchtmittel 10 abgegebene Ausgangsleistung der Kennlinie a entsprechend reduziert wird, um das Leuchtmittel auf einen Dimmpegel DL herunter zu dimmen. Die jeweils zur Anwendung gelangende Kennlinie wird abhängig von der Umgebungstemperatur gewählt. In Fig. 2 sind beispielhaft zwei weitere Kennlinien b und c dargestellt, wobei die der Kennlinie b zugrunde liegende Temperatur geringer als bei der Kennlinie a ist, während die der Kennlinie c zugrunde liegende Temperatur wiederum geringer als bei der Kennlinie b ist. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass mit abnehmender Umgebungstemperatur des elektronischen Vorschaltgeräts die Unterspannung-Referenzwerte der dargestellten Kennlinien abnehmen, so dass gemäß den Kennlinien b und c ein Dimmen bereits bei Unterschreiten geringerer Eingangsspannungswerte V2 bzw. V3 erfolgt. Die Kennlinie a kann beispielsweise einer Umgebungstemperatur von 60°C entsprechen, wobei der zugeordnete Unterspannung-Referenzwert V1 bei 190V liegen kann. Die Kennlinie b kann hingegen beispielsweise einer Umgebungstemperatur von 25°C zugeordnet sein, wobei der entsprechende Unterspannung-Referenzwert V2 bei 170V liegen kann. Die Kennlinie c kann schließlich beispielsweise einer Umgebungstemperatur von -25°C entsprechen, wobei der entsprechende Unterspannung-Referenzwert V3 bei 150V liegen kann.
  • Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass mit Hilfe einer derartigen temperaturabhängigen Unterspannungserkennung ein Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts mit 100%-Ausgangsleistung trotz geringerer Eingangsspannung erfolgen kann, wenn die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist (vgl. die in Fig. 2 gezeigte Kennlinie c für T=-25°C, bei welcher ein Dimmen erst bei Unterschreiten von V3=150V eintritt).
  • Ebenso ist aus Fig. 2 ersichtlich, dass die Kennliniensteuerung derart sein kann, dass das elektronische Vorschaltgerät auch bei sehr geringer Eingangsspannung noch Licht erzeugt, beispielsweise bei Schieflast. So wird gemäß Fig. 2 selbst bei einer sehr niedrigen Eingangsspannung V4, welche z.B. in der Größenordnung von 40V liegen kann, nicht stärker als mit dem Dimmpegel DL gedimmt, wobei dieser Dimmpegel DL beispielsweise einer Ausgangsleistung im Bereich von einigen Prozent der maximalen Ausgangsleistung entsprechen kann.
  • Als weitere Ausführungsform ist in Fig. 1 angedeutet, dass die Steuerschaltung 7 bei der Kennlinien-abhängigen Ansteuerung des Wechselrichters 6 alternativ oder zusätzlich zu der Umgebungstemperatur T auch weitere Parameter auswerten kann, um somit zusätzliche Betriebsfälle zu berücksichtigen. So kann die Steuerschaltung beispielsweise auch die Spannung VL oder den Strom IL des Leuchtmittels auswerten, wobei diese Parameter, welche insbesondere Rückschlüsse auf die Temperatur des Leuchtmittels 10 erlauben, der Steuerschaltung 7 von dem Lastkreis 6 zur Verfügung gestellt werden können.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Vorschaltgeräts (9) für ein Leuchtmittel (10), umfassend die Schritte
    Erfassen einer Eingangsspannung (Vin) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) mittels einer Unterspannung-Überwachungseinrichtung einer Steuerschaltung (7) und Erfassen der Umgebungstemperatur (T) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) mittels einer Temperatur-Erfassungseinrichtung (8),
    Auswählen einer Dimm-Kennlinie in Abhängigkeit der erfassten Umgebungstemperatur (T) aus mehreren Dimm-Kennlinien für verschiedene Umgebungstemperaturen, welche in der Steuerschaltung (7) hinterlegt sind, wobei zu jeder der mehreren Dimm-Kennlinien jeweils ein vorgegebener Unterspannung-Referenzwert (V1-V3) zugehörig ist, welcher jeweils eine minimale tolerierbare Eingangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts (9) repräsentiert,
    Vergleichen der Eingangsspannung (Vin) mit dem zu der ausgewählten Dimm-Kennlinie zugehörigen Unterspannung-Referenzwert (V1-V3), und
    Reduzieren einer von dem elektronischen Vorschaltgerät (9) an das Leuchtmittel (10) abgegebenen elektrischen Ausgangsleistung (P) gemäß der ausgewählten Dimm-Kennlinie, falls die Eingangsspannung (Vin) den zu der ausgewählten Dimm-Kennlinie zugehörigen Unterspannung-Referenzwert (V1-V3) unterschreitet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Reduzieren der Ausgangsleistung (P) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) durch entsprechendes Ansteuern eines Wechselrichters (5) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) gemäß der ausgewählten Dimm-Kennlinie erfolgt, und
    dass ein für alle Dimm-Kennlinien gleicher minimaler Dimmpegel (DL) vorgegeben ist, sodass das Leuchtmittel (10) nicht stärker als mit dem minimalen Dimmpegel (DL) bei niedrigen Eingangsspannungen gedimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Unterspannung-Referenzwerte (V1-V3) der mehreren Dimm-Kennlinien abhängig von der Umgebungstemperatur (T) gewählt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Unterspannung-Referenzwerte (V1-V3) der mehreren Dimm-Kennlinien mit zunehmender Umgebungstemperatur (T) erhöhen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eingangsspannung (Vin) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) direkt erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eingangsspannung (Vin) aus mindestens einem Betriebsparameter des elektronischen Vorschaltgeräts (9) abgeleitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eingangsspannung (Vin) aus mindestens einem Betriebsparameter einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung (3) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) abgeleitet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein Betriebsparameter (VL, IL) des Leuchtmittels (10) erfasst wird, wobei das Reduzieren der Ausgangsleistung (P) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) zusätzlich abhängig von dem mindestens einen Betriebsparameter (VL, IL) des Leuchtmittels (10) erfolgt.
  8. Elektronisches Vorschaltgerät (9) für ein Leuchtmittel (10),
    wobei das elektronische Vorschaltgerät (9) derart ausgestaltet ist, dass es eine Eingangsspannung (Vin) des elektronischen Vorschaltgeräts in eine für den Betrieb des Leuchtmittels (10) geeignete Ausgangsspannung umsetzt, und
    wobei das elektronische Vorschaltgerät (9) eine Unterspannung-Überwachungseinrichtung (7) und eine Temperatur-Erfassungseinrichtung (8) zur Erfassung der Umgebungstemperatur (T) umfasst, wobei in der Unterspannung-Überwachungseinrichtung (7) mehrere Dimm-Kennlinien für verschiedene Umgebungstemperaturen hinterlegt sind, und wobei zu jeder der mehreren Dimm-Kennlinien jeweils ein vorgegebener Unterspannung-Referenzwert (V1-V3) zugehörig ist, welcher jeweils eine minimale tolerierbare Eingangsspannung des elektronischen Vorschaltgeräts (9) repräsentiert,
    wobei das elektronische Vorschaltgerät (9) dazu ausgelegt ist, eine Dimm-Kennlinie aus den mehreren Dimm-Kennlinien in Abhängigkeit der erfassten Umgebungstemperatur (T) auszuwählen, und
    wobei die Unterspannung-Überwachungseinrichtung (7) dazu ausgelegt ist, die Eingangsspannung (Vin) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) zu erfassen und mit dem zu der ausgewählten Dimm-Kennlinie zugehörigen Unterspannung-Referenzwert (V1-V3) zu vergleichen und eine von dem elektronischen Vorschaltgerät (9) an das Leuchtmittel (10) abgegebene elektrische Ausgangsleistung (P) gemäß der ausgewählten Dimm-Kennlinie zu reduzieren, falls die Eingangsspannung (Vin) den zu der ausgewählten Dimm-Kennlinie zugehörigen Unterspannung-Referenzwert (V1-V3) unterschreitet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektronische Vorschaltgerät (9) einen mit einem Ausgang einer Gleichrichterschaltung (2) gekoppelten Wechselrichter (5) zur Erzeugung der Ausgangsleistung (P) für das Leuchtmittel (10) umfasst,
    wobei die Unterspannung-Überwachungseinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass zur Reduktion der Ausgangsleistung (P) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) der Wechselrichter (5) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) gemäß der ausgewählten Dimm-Kennlinie angesteuert wird, und dass ein für alle Dimm-Kennlinien gleicher minimaler Dimmpegel (DL) vorgegeben ist, sodass das Leuchtmittel (10) nicht stärker als mit dem minimalen Dimmpegel (DL) bei niedrigen Eingangsspannungen gedimmt wird.
  9. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Unterspannung-Überwachungseinrichtung (7) derart ausgestaltet ist, dass sie einen Betriebsparameter (VL, IL) des Leuchtmittels (10) erfasst und das elektronische Vorschaltgerät (9) zur Reduktion der Ausgangsleistung (P) zusätzlich abhängig von dem Betriebsparameter (VL, IL) des Leuchtmittels (10) ansteuert.
  10. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektronische Vorschaltgerät (9) die mit der Eingangsspannung (Vin) des elektronischen Vorschaltgeräts (9) zu versorgende Gleichrichterschaltung (2) umfasst.
  11. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 8-10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Unterspannung-Überwachungseinrichtung (7) als eine integrierte Schaltung ausgestaltet ist.
  12. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 8-11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektronische Vorschaltgerät für den Betrieb mit einer Gasentladungslampe, einer Halogenglühlampe oder einer Leuchtdiode als das Leuchtmittel (10) ausgestaltet ist.
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