WO2006111269A1 - Betriebsgeräte mit lampenregelung unter auswertung der lampentemperatur - Google Patents

Betriebsgeräte mit lampenregelung unter auswertung der lampentemperatur Download PDF

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WO2006111269A1
WO2006111269A1 PCT/EP2006/003060 EP2006003060W WO2006111269A1 WO 2006111269 A1 WO2006111269 A1 WO 2006111269A1 EP 2006003060 W EP2006003060 W EP 2006003060W WO 2006111269 A1 WO2006111269 A1 WO 2006111269A1
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lamp
voltage
circuit
fluorescent
power
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PCT/EP2006/003060
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English (en)
French (fr)
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Nebojsa Jelaca
Markus Mayrhofer
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Tridonicatco Gmbh & Co. Kg
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/36Controlling
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/36Controlling
    • H05B41/38Controlling the intensity of light
    • H05B41/39Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations

Definitions

  • the present invention relates to the operation of AC powered fluorescent lamps, such as gas discharge lamps. More specifically, the invention relates to controls for such lamps, which take into account the directly or indirectly determined lamp temperature in the lamp control. Typically, such regulations are used in control gear such as electronic ballasts.
  • fluorescent lamps operated with dimmable electronic ballasts can be operated close to the nominal mode - and thus at nominal power - and on the other hand with dimmed, ie reduced lamp power.
  • the operation with nominal power is relatively unproblematic compared to the operation with reduced, in particular greatly reduced lamp power.
  • the permissible lamp ambient temperatures in dimming operation are specified much narrower compared to the normal power operation. Namely, at low dimming values, the ambient temperature of the lamp plays a greater role for a stable regulation of the dimmed fluorescent lamps, ie a regulation with constant light output and in particular a regulation which reliably prevents unwanted extinction of the lamp.
  • the increased lamp ambient temperature dependency at low dimming levels is caused, inter alia, by the fact that the lamp voltage at high ambient temperatures and small lamp currents (as they occur with dimmed lamp power) increases sharply and may assume unacceptably high values.
  • the temperature in the immediate vicinity of the lamp is crucial, which does not necessarily have to be the ambient temperature of a possibly spatially and thermally separately provided electronic ballast.
  • the temperature of the electronic ballast can not be used directly to assess the lamp ambient temperature.
  • EP 838 132 A1 teaches in this context that the voltage applied to the lamp should be used as an indicator of the lamp temperature. When the lamp voltage rises sharply, a critical state is concluded and the lamp is switched off, if necessary.
  • the use of the total lamp voltage as an indicator of such critical conditions of lamp operation is problematic in that the lamp voltage is not clear for detecting this condition. Rather, the non-linearity of a fluorescent lamp can also lead to high lamp voltages in non-critical states that do not require further intervention require the control device. For the rest, the EP sees
  • the invention has accordingly set itself the task of providing an improved technique for detecting the ambient lamp temperature.
  • the central idea of the invention is to apply a targeted DC voltage to the lamp voltage.
  • the above-mentioned critical states can then be detected by detecting and evaluating the lamp voltage.
  • the targeted admission of the DC component thus enables a more accurate compared to the prior art detection of the lamp temperature.
  • a method of determining the temperature of an AC lamp powered fluorescent lamp In this case, the AC voltage is deliberately superimposed on a DC voltage.
  • the lamp voltage of the fluorescent lamp is detected, evaluated as a parameter for the temperature of the fluorescent lamp and used as the input variable of the lamp control.
  • the DC voltage component of the lamp voltage can be evaluated. Additional parameters of the lamp voltage can optionally also be taken into account during the evaluation.
  • the lamp voltage can be evaluated, for example, based on an asymmetry of the periodically extending lamp voltage.
  • the evaluation of the lamp voltage can be determined, for example, based on the distances of successive zero crossings of the lamp voltage.
  • the impedance can be evaluated digitally, in particular if the total lamp power control is digital.
  • the evaluation of the lamp voltage can be determined, for example, by digital counting of the distances between successive half-waves (zero crossings) of the lamp voltage.
  • the power of the lamp can be specifically controlled to a power lying above this predetermined dimming value (set value), especially at low dimming values.
  • This increase in the lamp power over a predetermined dimming value or setpoint can thus be carried out in particular at low lamp powers, in which u.a. There is a risk of the lamp extinguishing at low ambient temperatures.
  • Such a method can be used in an electronic ballast.
  • the present invention also relates to an electronic ballast for Fluorescent lamps that use a digital circuit for
  • the present invention also relates to a circuit for determining the temperature of a fluorescent lamp operated with alternating voltage.
  • a detection circuit for the voltage of the fluorescent lamp is provided, the output signal of which can be supplied to an evaluation circuit, which evaluates the detected lamp voltage as a parameter for the temperature of the fluorescent lamp and considered, for example, in the course of a digital lamp control.
  • the means for the targeted superposition of a DC voltage to the fluorescent lamp may have a DC voltage path, which is provided parallel to the AC operating voltage for the lamp.
  • the present invention also relates to an electronic ballast having such a circuit.
  • the invention also relates to a luminaire which has such an electronic ballast.
  • 1a shows a schematic representation of relevant components of an electronic ballast
  • 1b and 1c are simplified circuit diagrams for explaining the background of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are illustrative of the indirect digital detection of the impedance of the lamp, which may then be used as a lamp temperature parameter;
  • Fig. 5 shows the dependence of the impedance on the lamp current for different lamp temperatures
  • Fig. 6 shows the application of the invention to multi-lamp lights.
  • Impedance of the discharge path of the lamp at the respective operating point both a dependence on the discharge current
  • I DIS Vorr ⁇ ballast is kept substantially constant, thus there is a dependence of the lamp impedance Z D i S of the ambient temperature T.
  • the present invention now proposes to selectively store a DC voltage V DC from a high-impedance source for the high-frequency operating voltage for the lamp U HF , such that the voltage applied to the lamp is then different with respect to different criteria, such as the DC component, it can be evaluated under which conditions the lamp is currently operated:
  • the source voltage V DC of the DC source is divided according to the resistance ratio of the internal resistance of the DC source Zi to the impedance of the lamp Zi at the current operating point, wherein the lamp resistance Z 1 depends inter alia on the ambient temperature of the lamp T. This can also be done via the resistance ratio
  • the electronic ballast can take appropriate countermeasures to meet. It makes sense, the DC share of
  • Lamp voltage V DC , Z L detected over a certain time range and then averaged to account for temporal compensation operations in the lamp.
  • the ballast for example. Automatically increase the lamp power, and indeed until the DC component of the lamp voltage V DC , ZL back to allowable Values, ie has fallen below the predetermined threshold.
  • the electronic ballast also increases the lamp power beyond possibly supplied externally set values (dimming commands, etc.) and thus the stability of the lamp control a higher priority than the strict compliance specified outside values (dimming commands, etc.) is granted.
  • This increase in the lamp power can be limited according to the invention to the range of low dimming values.
  • the electronic ballast decreases the lamp power back again until either the default again
  • Threshold for the DC component of the lamp voltage V DC , ZL is reached, or now the predetermined target value (dimming command, etc.) for the lamp power has been reached correctly.
  • Fig. Ia an electronic ballast according to the invention is shown schematically, for example.
  • An inverter with two switches Sl, S2 converts a provided DC voltage (DC link voltage, bus voltage) into a high-frequency operating voltage for a resonant load circuit.
  • the alternating voltage is tapped at the midpoint of the two switches Sl, S2.
  • the resonant load circuit has an inductance L R , a capacitor C R and a coupling capacitor C ⁇ .
  • a lamp which is indicated schematically by means of its internal resistance R D i s , is operated as generally known, with this high-frequency AC voltage.
  • the control of the switches Sl, S2 and in particular the switching frequency of the alternating switching of the two switches Sl, S2 is carried out by a lamp control, which can be performed digitally according to the invention.
  • the described alternating operating voltage for the lamp is deliberately superposed on a DC voltage component V DC .
  • a diode D and a resistor R DC are provided parallel to the inductance L R and the coupling capacitor C ⁇ , which represent a DC voltage path parallel to the resonant circuit for the AC voltage.
  • Parallel to the lamp is a voltage divider with two
  • Resistors Rl, R2 provided. A signal that the
  • Lamp voltage V ZL reproduces is at the midpoint of the
  • the lamp control circuit further operating parameters such as the lamp current, etc., and externally predetermined setpoints (Dimmbetatione, etc.) are supplied.
  • FIG. 6 A development of the present invention is shown in Figure 6 and relates to the application to multi-lamp electronic ballasts, in which therefore several individual lamps are operated in parallel.
  • multi-lamp luminaires often the problem arises that the balancing of the lamp performance is often not guaranteed, especially at low dimming and low temperatures.
  • this also means that, for the reasons stated above, the lamp voltages of the two lamps operated by the same electronic ballast can have greatly different values.
  • Lamp power may be increased beyond a specified setpoint. This increase in the application of the invention to multi-flame control gear now not (only) the goal to avoid extinction of one of the two lamps, but primarily, at low ambient temperatures of the two lamps beyond a certain threshold asymmetry of the light output of the two lamps reduce.
  • the lamp power control can be carried out digitally.
  • FIG. 2 shows a circuit implementation of this exemplary embodiment with an up / down counter 107 which receives a signal U ZER0 as the actual input signal and, furthermore, as control signals a high-frequency reference clock signal CLK and a reset or reset signal.
  • the advantage here is the digital detection of the feedback signal by evaluation, for example, the zero crossings of the lamp voltage.
  • the signal U ZERO assumes during each positive half wave of the voltage applied to the terminal V L lamp voltage to a positive and otherwise a negative voltage level and thus detects the zero crossing of the lamp voltage.
  • the counter 107 is started at zero crossing of the lamp voltage and counts during the following half wave of
  • Lamp voltage either up or down.
  • the zero crossings are digitally counted.
  • the counting direction of the counter 107 is reversed.
  • the current count N of the counter 103 is a comparator connected, which may be formed for example by the comparator 103 already described above. This comparator 103 compares the current counter reading N with the initialization value or the original counter reading of the counter 107. If there is no rectification effect, the counter reading N must have reached the output value N 0 again after reaching the next zero crossing of the lamp voltage. On the other hand, if the count N deviates from the output value N 0 , a DC voltage component is present in the lamp voltage.
  • the comparator 103 compares the count N with the output value No within certain tolerance limits, so as not to prematurely infer the presence of a rectifying effect.
  • the output signal of the comparator 103 is supplied via a clocked by a latch signal D flip-flop 108 of the Meßphasen Kunststoffung 900, which - as described above - evaluates this signal and in particular performs an event filtered score, ie only on the presence of a DC voltage component closes, if one of the comparator 103, for example, 32 times successively every 255th Period of the lamp voltage, a DC component is reported.

Abstract

Zur Regelung des Betriebs einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe werden die folgenden Schritte ausgeführt: gezielte Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe, Erfassung der Lampenspannung der Leuchtstofflampe, und Auswertung der Lampenspannung als Eingangsgrösse der Regelung der Lampenleistung. Dabei werden der Gleichspannungsanteil und ggf. weitere Parameter der Lampenspannung ausgewertet.

Description

Betriebsgeräte mit Lampenregelung unter Auswertung der Lampentemperatur
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampen, wie beispielsweise Gasentladungslampen. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf Regelungen für derartige Lampen, die bei der Lampenregelung die direkt oder indirekt ermittelte Lampentemperatur berücksichtigen. Typischerweise werden derartige Regelungen in Betriebsgeräten wie bspw. elektronischen Vorschaltgeräten verwendet .
Leuchtstofflampen, die mit dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten betrieben werden, können dementsprechend einerseits in der Nähe des Nominalbetriebs - und somit bei Nominalleistung - und andererseits mit gedimmter, d.h. reduzierter Lampenleistung betrieben werden. Der Betrieb mit Nominalleistung ist verhältnismäßig unproblematisch im Vergleich zu dem Betrieb mit reduzierter, insbesondere stark reduzierter Lampenleistung. Dementsprechend sind im Vergleich zu dem Betrieb mit Normalleistung die zulässigen Lampen-Umgebungstemperaturen im Dimmbetrieb wesentlich enger spezifiziert. Bei geringen Dimmwerten spielt nämlich die Lampen-Umgebungstemperatur eine größere Rolle für eine stabile Regelung der gedimmt betriebenen Leuchtstofflampen, d.h. eine Regelung mit konstanter Lichtleistung und insbesondere eine Regelung, die ein unerwünschtes Verlöschen der Lampe sicher verhindert. Die stärkere Lampen-Umgebungstemperaturabhängigkeit bei niedrigen Dimmwerten ist u.a. dadurch verursacht, dass die Lampenspannung bei niedrigeren Umgebungstemperaturen und kleinen Lampenströmen (wie sie bei gedimmter Lampenleistung auftreten) stark ansteigt und ggf- unzulässig hohe Werte annehmen kann. Für dieses Phänomen ist natürlich die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Lampe ausschlaggebend, die nicht zwangsläufig die Umgebungstemperatur eines ggf- räumlich und thermisch getrennt vorgesehenen elektronischen Vorschaltgeräts sein muß. Somit kann die Temperatur des elektronischen Vorschaltgeräts auch nicht unmittelbar zur Beurteilung der Lampenumgebungstemperatur herangezogen werden.
Bei gewissen Anwendungsszenarien kann im übrigen nicht ausgeschlossen werden, dass der für geringe Dimmwerte enger spezifizierte zulässige Temperaturbereich verlassen wird, beispielsweise wenn dimmbare elektronische Vorschaltgeräte in Außenanwendungen und bei niedrigen Temperaturen im gedimmten Zustand betrieben werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bereits grundsätzlich bekannt, einer Regeleinrichtung für die Lampenleistung Informationen bzgl. derartig kritischer Zustände (niedrige Temperaturen, niedrige Dimmwerte) zukommen zu lassen. Die EP 838 132 Al lehrt in diesem Zusammenhang, dass die an der Lampe anliegende Spannung als Indikator für die Lampentemperatur verwendet werden soll. Bei einem starken Ansteigen der Lampenspannung wird auf einen kritischen Zustand geschlossen und die Lampe ggf. abgeschaltet. Die Verwendung der gesamten Lampenspannung als Indikator für derartige kritische Zustände des Lampenbetriebs ist indessen insofern problematisch als die Lampenspannung nicht eindeutig für die Erfassung dieses Zustand ist. Vielmehr kann es durch die Nichtlinearität einer Leuchtstofflampe auch zu hohen Lampenspannungen in nichtkritischen Zuständen kommen, die keinen weiteren Eingriff der Regeleinrichtung erfordern. Im übrigen sieht die EP
838 132 Al eine analoge Regelung vor, bei der die Lampenspannung wiedergebende Spannungssignal ganz einfach auf ein Steuersignal addiert wird, um somit die Lampenleistung entsprechend eines erkannten Zustands zu modifizieren.
Die Erfindung hat sich dementsprechend zur Aufgabe gesetzt, eine verbesserte Technik zur Erfassung der Lampen-Umgebungstemperatur bereitzustellen.
Zentraler Gedanke der Erfindung ist es dabei, der Lampenspannung gezielt einen DC-Anteil zu beaufschlagen. Die oben angeführten kritischen Zustände können dann durch Erfassung und Auswertung der Lampenspannung erkannt werden. Die gezielte Beaufschlagung des DC-Anteils ermöglicht somit eine im Vergleich zum Stand der Technik genauere Erfassung der Lampentemperatur.
Die oben angeführte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe vorgesehen. Dabei wird der Wechselspannung gezielt eine Gleichspannung überlagert. Es wird die Lampenspannung der Leuchtstofflampe erfasst, als Parameter für die Temperatur der Leuchtstofflampe ausgewertet und als Eingangsgrösse der Lampenregelung verwendet.
Zumindest als Teil der Auswertung der Lampenspannung kann der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung ausgewertet werden. Weitere Parameter der Lampenspannung können optional auch bei der Auswertung berücksichtigt werden. Die Lampenspannung kann beispielsweise anhand einer Asymmetrie der periodisch verlaufenden Lampenspannung ausgewertet werden.
Die Auswertung der Lampenspannung kann beispielsweise anhand der Abstände aufeinanderfolgender Nulldurchgänge der Lampenspannung ermittelt werden.
Die Impedanz kann digital ausgewertet werden, insbesondere wenn die Lampenleistungsregelung insgesamt digital ausgebildet ist.
Die Auswertung der Lampenspannung kann beispielsweise durch digitales Zählen der Abstände aufeinanderfolgender Halbwellen (Nulldurchgänge) der Lampenspannung ermittelt werden.
Wenn mittels der indirekten Erfassung der Lampentemperatur mittels Auswertung der Lampenspannung ein kritischer Zustand erfasst wird, kann insbesondere bei niedrigen Dimmwerten die Leistung der Lampe gezielt auf einen über diesen vorgegebenen Dimmwert (Sollwert) liegende Leistung geregelt werden.
Diese Erhöhung der Lampenleistung über einen vorgegebenen Dimmwert bzw. Sollwert kann also insbesondere bei niedrigen Lampenleistungen erfolgen, bei denen u.a. die Gefahr eines Erlöschens der Lampe bei niedrigen Umgebungstemperaturen besteht.
Ein derartiges Verfahren kann in einem elektronischen Vorschaltgerät verwendet werden.
Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen, dass eine Digitalschaltung zur
Implementierung eines derartigen Verfahrens aufweist.
Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auch eine Schaltung zur Bestimmung der Temperatur einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe. Dabei sind Mittel, d.h. eine die DC-Spannungsquelle zur gezielten Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe vorgesehen. Schließlich ist auch eine Erfassungsschaltung für die Spannung der Leuchtstofflampe vorgesehen, deren Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, die die erfasste Lampenspannung als Parameter für die Temperatur der Leuchtstofflampe auswertet und beispielsweise im Zuge einer digitalen Lampenregelung berücksichtigt.
Die Mittel zur gezielten Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe können einen Gleichspannungspfad aufweisen, der parallel zur Wechselbetriebsspannung für die Lampe vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein elektronisches Vorschaltgerät, dass eine derartige Schaltung aufweist.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf eine Leuchte, die ein derartiges elektronisches Vorschaltgerät aufweist .
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert werden .
Fig. Ia zeigt eine schematische Darstellung relevanter Bauteile eines elektronischen Vorschaltgeräts, Fig. Ib und Ic zeigen vereinfachte Schaltbilder zur Erläuterung des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 und 3 dienen zur Erläuterung der indirekten digitalen Erfassung der Impedanz der Lampe, die dann als Parameter für die Lampentemperatur verwendet werden kann,
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenspannung für verschiedene Lampentemperaturen,
Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Impedanz vom Lampenstrom für verschiedene Lampentemperaturen, und
Fig. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung auf mehrflammige Leuchten.
In Fig. 4 ist dargestellt, dass die Lampenspannung VDiS bei niedrigen Temperaturen (s. Beispiel -15°C) im Bereich niedriger Dimmwerte (repräsentiert mittels des Lampenstroms IDΪS) sehr stark ansteigen kann und ggf. zulässige Grenzwerte übersteigen kann. In dem Referenzbeispiel von einer Lampentemperatur von 350C tritt dieser Effekt weniger stark bzw. gar nicht auf. Gleichzeitig ist aber aus Fig. 4 zu sehen, dass die Lampenspannung VDiS insgesamt kein eindeutiger Parameter für die Temperatur der Lampe ist. Wie ersichtlich kann im Bereich etwas höherer Lampenströme die in Lampenspannung VDiS bei höheren Temperaturen (Beispiel 350C) sogar diejenige bei niedrigen Temperaturen (Beispiel -150C) übersteigen. Die dargestellte Abhängigkeit der Lampenspannung liegt darin begründet, dass der Lampenwiderstand (d.h. die
Impedanz der Entladestrecke der Lampe im jeweiligen Betriebspunkt) sowohl eine Abhängigkeit vom Entladestrom
Vöis wie auch von der Umgebungstemperatur T aufweist. In einem bestimmten Betriebspunkt, in welchem der Lampenstrom
IDIS vorrι Vorschaltgerät im wesentlichen konstant gehalten wird, besteht somit eine Abhängigkeit der Lampenimpedanz ZDiS von der Umgebungstemperatur T.
Wie in Fig. Ib schematisch dargestellt, schlägt die vorliegende Erfindung nunmehr vor, der hochfrequenten Betriebsspannung für die Lampe UHF gezielt eine DC-Spannung VDC aus einer hochohmigen Quelle zu lagern, so dass dann die an der Lampe anfallenden Spannung hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien, wie bspw. dem DC-Anteil, ausgewertet werden kann, unter welchen Bedingungen die Lampe gerade betrieben wird:
Die Quellenspannung VDC der DC-Quelle wird gemäß dem Widerstandsverhältnis von Innenwiderstand der DC-Quelle Zi zur Impedanz der Lampe Zi im aktuellen Betriebspunkt aufgeteilt, wobei der Lampenwiderstand Z1 u.a. von der Umgebungstemperatur der Lampe T abhängt. Damit kann auch über das Widerstandsverhältnis
Figure imgf000009_0001
die Abhängigkeit des gemessenen DC-Anteils der Lampenspannung VDC,ZL von der Umgebungstemperatur T der Lampe erfasst werden.
Wenn der DC-Anteil der Lampenspannung VDC,ZL außerhalb eines definierten Bereichs liegt, und insbesondere wenn er über einem definierten Schwellenwert liegt, kann das elektronische Vorschaltgerät entsprechende Gegenmaßnahmen treffen. Sinnvollerweise wird der DC-Anteil der
Lampenspannung VDC,ZL über einen bestimmten Zeitbereich hinweg erfasst und dann gemittelt, um zeitlichen Ausgleichsvorgängen in der Lampe Rechnung zu tragen.
Wenn nunmehr dieser Mittelwert des DC-Anteils der Lampenspannung VDC,ZL über einen zulässigen Schwellenwert hinaus ansteigt, kann das Vorschaltgerät bspw. selbsttätig die Lampenleistung erhöhen, und zwar soweit, bis der DC- Anteil der Lampenspannung VDC,ZL wieder auf zulässige Werte, d.h. unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts gesunken ist. Unter „selbsttätiger Erhöhung der Lampenleistung durch das EVG" ist dabei zu verstehen, dass das elektronische Vorschaltgerät die Lampenleistung auch über ggf- von außen zugeführte Sollwerte (Dimmbefehle, etc.) hinaus erhöht und somit der Stabilität der Lampenregelung eine höhere Priorität als der strikten Einhaltung von außen vorgegebener Sollwerte (Dimmbefehle, etc.) eingeräumt wird.
Neben dem DC-Anteil der Lampenspannung können weitere Parameter der Lampenspannung mit ausgewertet werden, um kritische Zustände zu erkennen.
Diese Erhöhung der Lampenleistung kann erfindungsgemäss auf den Bereich geringer Dimmwerte beschränkt sein.
Wichtig ist dabei eine korrekte Einstellung der Zeitkonstanten der Regelung: Bekanntlich laufen in einer Leuchtstofflampe thermische Ausgleichsvorgänge ab, so dass die Zeitkonstante des Regelkreises in dem elektronischen Vorschaltgerät auf diese Vorgänge abgestimmt sein muß.
Wenn beispielsweise zeitlich folgend der DC-Anteil der Lampenspannung VDC,ZL wieder absinkt, beispielsweise weil sich die Umgebungstemperatur der Lampe wieder erhöht hat, nimmt das elektronische Vorschaltgerät die Lampenleistung wieder zurück, bis entweder erneut der vorgegebene
Schwellenwert für den DC-Anteil der Lampenspannung VDC,ZL erreicht ist, oder nunmehr korrekt der vorgegebene Sollwert (Dimmbefehl, etc.) für die Lampenleistung erreicht wurde.
In Fig. Ia ist ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät schematisch beispielsweise dargestellt.
Ein Wechselrichter mit zwei Schaltern Sl, S2 setzt eine bereitgestellte DC-Spannung (Zwischenkreisspannung, Busspannung) in eine hochfrequente Betriebsspannung für einen Resonanz-Lastkreis um. Die Wechselspannung wird dabei am Mittenpunkt der beiden Schalter Sl, S2 abgegriffen. Der Resonanz-Lastkreis weist eine Induktivität LR, einen Kondensator CR sowie einen Koppelkondensator Cκ auf. Eine Lampe, die schematisch mittels ihres Innenwiderstand RDis bezeichnet ist, wird wie grundsätzlich bekannnt, mit dieser hochfrequenten Wechselspannung betrieben.
Die Ansteuerung der Schalter Sl, S2 und insbesondere die Schaltfrequenz des abwechselnden Schaltens der beiden Schalter Sl, S2 wird dabei von einer Lampenregelung ausgeführt, die erfindungsgemäß digital ausgeführt sein kann.
Wie bereits eingangs erläutert, wird der geschilderten Wechsel-Betriebsspannung für die Lampe gezielt ein Gleichspannungsanteil VDC überlagert. Dazu sind parallel zur Induktivität LR und dem Koppelkondensator Cκ eine Diode D sowie ein Widerstand RDC vorgesehen, die einen Gleichspannungspfad parallel zu dem Resonanzkreis für die Wechselspannung darstellen. Dies stellt nur ein Beispiel dar, wie gezielt ein Gleichspannungsanteil VDC auf die Lampenbetriebsspannung aufgeschlagen werden kann. Parallel zur der Lampe ist ein Spannungsteiler mit zwei
Widerständen Rl, R2 vorgesehen. Ein Signal, dass die
Lampenspannung VZL wiedergibt, wird am Mittenpunkt des
Spannungsteilers Rl, R2 abgegriffen und der Lampenregelungsschaltung zugeführt.
Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, können natürlich der Lampenregelungsschaltung weitere Betriebsparameter wie beispielsweise der Lampenstrom etc. sowie extern vorgegebene Sollwerte (Dimmbefehle, etc.) zugeführt werden .
Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist in Figur 6 dargestellt und betrifft die Anwendung auf mehrflammige elektronische Vorschaltgeräte, bei denen also mehrere Einzellampen parallel betrieben werden. Bei diesen mehrflammigen Leuchten tritt oft das Problem auf, dass die Symmetrierung der Lampenleistungen oftmals insbesondere bei niedrigen Dimmwerten sowie niedrigen Temperaturen nicht ausreichend gewährleistet ist. Dies äußert sich dann für einen Benutzer merkbar dadurch, dass die Lampenleistungen und somit die erzeugte Lichtleistung der beiden von demselben elektronischen Vorschaltgerät betriebenen Lampen sich merkbar unterscheiden. Dies hat natürlich auch zur Folge, dass aus den eingangs genannten Gründen die Lampenspannungen der beiden von demselben elektronischen Vorschaltgerät betriebenen Lampen stark unterschiedlich große Werte aufweisen können.
Bei einer Leuchte mit .mehreren Lampen kann gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass jeweils der DC-Anteil der Lampenspannungen VDC,ZL1 bzw. VDC,ZL2 ausgewertet wird. Dann wird mittels eines Komparators die Differenz der beiden DC-Anteile der Lampenspannungen VDC,ZLI bzw. VDC,ZL2 ermittelt und als weitere Eingangsgröße für die Lampenregelung verwendet. Wenn also gemäß diesem Aspekt der Unterschied der DC-Anteile der Lampenspannungen der mehreren Lampen zu groß wird, wird also auch hier die
Lampenleistung ggf- über einen vorgegebenen Sollwert hinaus erhöht. Diese Erhöhung hat bei der Anwendung der Erfindung auf mehrflammige Betriebsgeräte nunmehr nicht (nur) das Ziel, ein Erlöschen einer der beiden Lampen zu vermeiden, sondern vorrangig, bei niedrigen Umgebungstemperaturen der beiden Lampen ein über einen bestimmten Schwellenwert hinausgehende Asymmetrie der Lichtleistung der beiden Lampen zu verringern.
Wie bereits mehrfach erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Lampenleistungsregelung digital ausgeführt werden.
Somit wird vorzugsweise auch der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung digital erfasst. Dies soll nunmehr unter Bezugnahme auf Figuren 2 und 3 erläutert werden.
Fig. 2 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung dieses Ausführungsbeispiels mit einem Aufwärts/Abwärts-Zähler 107, der als eigentliches Eingangssignal ein Signal UZER0 und des weiteren als Steuersignale ein hochfrequentes Referenztaktsignal CLK sowie ein Rücksetz- oder Resetsignal empfängt.
Von Vorteil ist dabei die digitale Erfassung des Rückführsignals durch Auswertung bspw. der Nulldurchgänge der Lampenspannung.
Das Signal UZERO nimmt während jeder positiven Halbwelle der am Anschluß VL anliegenden Lampenspannung einen positiven und ansonsten einen negativen Spannungspegel an und erfasst somit den Nulldurchgang der Lampenspannung. Der Zähler 107 ist insbesondere als ein 9-Bit-Zähler ausgestaltet und wird bei Anliegen des Resetsignals auf einen mittleren Zählerstand, z.B. auf den Ausgangszählerwert N0=255, initialisiert. Der Zähler 107 wird bei Nulldurchgang der Lampenspannung gestartet und zählt während der nachfolgenden Halbwelle der
Lampenspannung entweder nach oben oder nach unten. Es werden somit digital die Nulldurchgänge gezählt.
Erreicht das Meßsignal, d.h. die Lampenspannung, nach einer Halbperiode wieder den Nulldurchgang, wird die Zählrichtung des Zählers 107 umgedreht. Nach Ablauf einer vollen Periode der Lampenspannung wird der aktuelle Zählerstand N des Zählers 103 einem Komparator zugeschaltet, der beispielsweise durch den bereits zuvor beschriebenen Komparator 103 gebildet sein kann. Dieser Komparator 103 vergleicht den aktuellen Zählerstand N mit dem Initialisierungswert bzw. dem ursprünglichen Zählerstand des Zählers 107. Wenn kein Gleichrichteffekt vorliegt, muß der Zählerstand N nach Erreichen des nächsten Nulldurchgangs der Lampenspannung wieder den Ausgangswert N0 erreicht haben. Weicht hingegen der Zählerstand N von dem Ausgangswert N0 ab, liegt ein Gleichspannungsanteil in der Lampenspannung vor. Vorteilhafterweise vergleicht der Komparator 103 den Zählerstand N mit dem Ausgangswert No innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen, um somit nicht voreilig auf das Vorliegen eines Gleichrichteffekts zu schließen. Das Ausgangssignal des Komparators 103 wird über ein durch ein Latch-Signal getaktetes D-Flip-Flop 108 der Meßphasensteuerung 900 zugeführt, die - wie oben beschrieben worden ist - dieses Signal auswertet und insbesondere eine ereignisgefilterte Wertung durchführt, d.h. nur dann auf das Vorliegen eines Gleichspannungsanteil schließt, falls man von dem Komparator 103 beispielsweise 32 mal nacheinander jede 255. Periode der Lampenspannung ein Gleichspannungsanteil gemeldet wird.

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zur Regelung des Betriebs einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe, aufweisend die folgenden Schritte:
- gezielte Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe, - Erfassung der Lampenspannung der Leuchtstofflampe, und
- Auswertung der Lampenspannung als Eingangsgrösse der Regelung der Lampenleistung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswertung der Lampenspannung wenigstens die Erfassung des Gleichspannungsanteils umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lampenspannung anhand einer Asymmetrie der periodisch verlaufenden Lampenspannung ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Nulldurchgänge der Lampenspannung erfasst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Lampenspannung durch digitales Zählen der Abstände aufeinanderfolgender Nulldurchgänge der Lampenspannung ausgewertet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampenspannung digital ausgewertet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei abhängig von der Auswertung der Lampenspannung die Leistung der Lampe auf einen Wert erhöht wird, der über einem extern vorgegebenen Sollwert liegt .
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Erhöhung der Lampenleistung nur bei niedriger Lampenleistung erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelung der Lampenleistung digital erfolgt .
10. Verfahren zur Erfassung der Temperatur einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe, aufweisend die folgenden Schritte:
- gezielte Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe,
- Erfassung der Lampenspannung der Leuchtstofflampe, und
- Auswertung wenigstens des Gleichspannungsanteils und ggf. weiterer Parameter der Lampenspannung als Parameter für die Temperatur der Leuchtstofflampe.
11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem elektronischen Vorschaltgerät .
12. Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen, aufweisend eine digitale Schaltung zur Implementierung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
13. Schaltung zur Bestimmung der Temperatur einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe, aufweisend: - Mittel zur gezielten Überlagerung einer
Gleichspannung an die Leuchtstofflampe,
- eine Erfassungsschaltung für die Lampenspannung, und - eine Regelschaltung für die Leistung der Lampe, der die Lampenspannung als Eingangsgrösse zugeführt wird.
14. Schaltung nach Anspruch 13, wobei die Mittel zur gezielten Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe einen Gleichpannungspfad aufweisen, der parallel zu Wechsel-Betriebsspannung für die Lampe vorgesehen ist.
15. Schaltung nach Anspruch 13 oder 14, bei der die Regelschaltung dazu ausgelegt ist, eine Asymmetrie der periodisch verlaufenden Lampenspannung zu erfassen.
16. Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Regelschaltung Mittel aufweist, um die Abstände der Nulldurchgänge der Lampenspannung zu ermitteln.
17. Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der die Auswerteschaltung digital ausgeführt ist .
18. Schaltung nach Anspruch 17, bei der die Auswerteschaltung einen digitalen Zähler zur Erfassung der Abstände aufeinanderfolgender Nulldurchgänge der Lampenspannung aufweist.
19. Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Regelschaltung abhängig von der Auswertung der Lampenspannung die Leistung der Lampe auf einen Wert zu erhöhen, der über einem extern der Schaltung zugeführten Sollwert liegt.
20. Elektronisches Vorschaltgerät, aufweisend eine Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 19.'
21. Vorschaltgerät nach Anspruch 20, das weiterhin eine digitale Regelungsschaltung für die Lampenleistung aufweist.
22. Leuchte, aufweisend ein Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 20 oder 21.
23. Verfahren zur Regelung des Betriebs von mehreren parallel betriebenen und mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampen, aufweisend die folgenden Schritte:
- gezielte Überlagerung einer Gleichspannung an jede der Leuchtstofflampen,
- Erfassung der Lampenspannung jeder Leuchtstofflampe, und
- Auswertung der jeweiligen Lampenspannungen als Eingangsgrössen der Regelung der Lampenleistung.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Differenz der Lampenspannungen erfasst wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Differenz der Gleichspannungsanteile der Lampenspannungen erfasst wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Lampenleistungen erhöht werden, wenn die Differenz der Gleichspannungsanteile der Lampenspannungen einen Schwellenwert überschreitet.
27. Betriebsgerät zur Ansteuerung von mehreren parallel betriebenen und mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampen, aufweisend:
- eine Schaltung zur gezielten Überlagerung einer Gleichspannung an jede der Leuchtstofflampen,
- eine Schaltung zur Erfassung der Lampenspannung jeder Leuchtstofflampe, und - eine Lampenregelungsschaltung, die die jeweiligen Lampenspannungen als Eingangsgrössen für die Regelung der Lampenleistungen berücksichtigt.
28. Betriebsgerät nach Anspruch 27, bei dem die Lampenregelungsschaltung die Differenz der Lampenspannungen erfasst.
29. Betriebsgerät nach Anspruch 28, bei dem die Lampenregelungsschaltung die Differenz der Gleichspannungsanteile der Lampenspannungen erfasst .
30. Betriebsgerät nach Anspruch 29, bei dem die Lampenregelungsschaltung die Lampenleistungen erhöht, wenn die Differenz der
Gleichspannungsanteile der Lampenspannungen einen Schwellenwert überschreitet.
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