WO2007025953A1 - Evg für entladungslampen mit eol-überwachungsschaltung - Google Patents

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WO2007025953A1
WO2007025953A1 PCT/EP2006/065741 EP2006065741W WO2007025953A1 WO 2007025953 A1 WO2007025953 A1 WO 2007025953A1 EP 2006065741 W EP2006065741 W EP 2006065741W WO 2007025953 A1 WO2007025953 A1 WO 2007025953A1
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Bernd Rudolph
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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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
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • 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
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2981—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2985—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/05—Starting and operating circuit for fluorescent lamp

Definitions

  • the invention relates to the AC operation of discharge lamps with electronic ballasts.
  • ballasts contain high-frequency converters for generating an AC power supply for the lamp from a low-frequency mains supply or else from a DC voltage supply.
  • EOL monitoring end-of-life monitoring
  • a circuit part of the ballast monitors when a life end of one of the electrodes of the operated discharge lamp is announced.
  • EoL-Uberwachungsscrien are known per se, such as from WO 00/11916, to which reference is made to explain the technical background.
  • the EoL monitoring utilizes the rectifying properties of the discharge lamp, which are established with the approaching end of the electrode life.
  • the electrode end of life goes with a consumption or a Degradation associated with an electron emitting material. More generally, the end of life of an electrode is indicated by an increase in electron work function at that electrode. This results in an asymmetry in AC operation or otherwise expressed a unipolar additional power in the lamp with a corresponding asymmetric voltage drop.
  • the object of the present invention is to specify an improved electronic ballast for discharge lamps with regard to EoL monitoring.
  • the invention relates firstly to an electronic ballast for the AC operation of a discharge lamp with an EoL monitoring circuit for detecting the end-of-life of the electrodes of the discharge lamp, which EoL monitoring circuit responds to an a-symmetrical output of the discharge lamp, characterized in that the EoL monitoring circuit is supplied with a current connected to the asymmetrical power and a reference current is supplied to a current differential amplifier,
  • the basic idea of the invention is not one with the beginning of the same derive correlative voltage from the directing properties of the discharge lamp to detect via a voltage-sensitive amplifier circuit and to use for controlling the operation of the ballast, but instead to make a current difference gain.
  • a current correlated with the asymmetrical power of the discharge lamp is used and fed together with a reference current to a current difference amplifier.
  • the current differential amplifier is characterized by the fact that, even if there is no EoL detection, that is, no rectifying properties can still be detected, it allows input currents. This can be avoided in particular that, in the case of voltage-sensitive inputs with transistors switching through in an EoL detection resulting from the current load of resistors, with which corresponding measurement voltages for detection or reference voltages are generated for comparison, voltage shifts.
  • the necessary measuring current and the reference current can be printed to such low values that the associated power consumption is completely insignificant.
  • suitable operating points can easily be set by appropriate preloads, for example by feedback couplings at the current difference amplifier.
  • a preferred embodiment of the input of the current difference amplifier is a current mirror circuit known per se, wherein the current difference amplifier is particularly preferably otherwise constructed as an operational amplifier.
  • Such op-amplifiers with mirror input are available, for example, as so-called Norton amplifiers from the manufacturer Motorola, today “On Semiconductors”.
  • This Norton amplifier also has a voltage output and thus shows another preferred feature of the invention.
  • this is an amplifier with a MOSFET current mirror input, a favorable embodiment of such a current mirror input.
  • current mirror inputs can also be embodied in other unipolar technology or else in bipolar technology.
  • An output signal of the current difference amplifier can be given in a simple and favorable embodiment of the invention to a window comparator, that is, a combination of two simple comparators between whose thresholds results in a corresponding window.
  • the output signals of the comparators can, for example, be linked via a NAND gate and connected to a switch-off point. be taken in the direction of the detection of an end of the electrode life, the high-frequency converter out of operation.
  • the EoL monitoring circuit preferably has a low-pass filter, for example an RC element.
  • the capacitor of the RC element can lie in a favorable embodiment between the measuring current input of the current differential amplifier and the ballast internal reference potential.
  • a microprocessor sampling of the current difference amplifier can be provided, which scans at certain intervals and possiblyteurbowt in the case of EoL detection for security reasons repetition queries.
  • reaction times for EoL monitoring circuits prescribed by standardization and / or the technical boundary conditions are not particularly short but as a rule a few seconds are available.
  • One way to generate a reference current for the current differential amplifier is to use a relatively high-impedance resistor from a reference potentiometer. al to derive a current, in particular from the upstream high-frequency converter.
  • the current differential amplifier which incidentally relates to this reference potential, can be connected in a favorable manner via resistors with a tap between the coupling capacitor and the discharge lamp so as to tap a current correlating with the voltage across the coupling capacitor. It should be noted that the inputs of the current differential amplifier are potentially very close to the reference potential.
  • Another practically important interconnection provides for a corresponding coupling capacitor between the AC output of the high-frequency converter and the discharge lamp and accordingly switches the other terminal of the discharge lamp, as a rule, directly to the reference potential.
  • a corresponding coupling capacitor between the AC output of the high-frequency converter and the discharge lamp and accordingly switches the other terminal of the discharge lamp, as a rule, directly to the reference potential.
  • such circuits may be of particular advantage in order to be able to measure the lamp current in a simple and direct manner and to use it, for example, for current regulation.
  • it is convenient to measure the measuring current for the current differential amplifier which in turn is based on the reference potential again derive from a center tap between the coupling capacitor and the discharge lamp via a resistor.
  • This measuring current then correlates with the lamp voltage, ie, it would lie smoothly in pure AC operation at a mean value of zero.
  • the corresponding measuring current input of the current difference amplifier can be biased, for example, via a feedback from the amplifier output, to which reference is also made to the second exemplary embodiment.
  • the invention also has a method aspect and accordingly also relates to a method for alternating-current operation of a discharge lamp with such a ballast, in which method the end-of-life of an electrode of the discharge lamp is monitored by an EoL monitoring circuit which responds to an asymmetrical output of the discharge lamp is detected, characterized in that in the EoL monitoring circuit connected to the asymmetric power and a current reference current to a current difference amplifier are supplied.
  • FIG. 1 shows a simplified circuit diagram of a ballast for a low-pressure discharge lamp as a first exemplary embodiment.
  • Figure 2 corresponds to Figure 1 and shows a second embodiment.
  • Figure 3 corresponds to Figure 1 and shows a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a ballast according to the invention for a low-pressure discharge lamp LA1, which is likewise shown in the right-hand area and is connected to the input terminals KL1-I and KL1-2 in the left-hand area for a conventional household power supply with a phase line L and a neutral conductor N.
  • the inductor LD2 and the capacitor C5 form an RFI filter between the rectifier Dl to D4 and an intermediate circuit storage capacitor C6, via which the intermediate circuit voltage is applied with a lying in the lower part of the figure ballast reference potential and a lying in the upper range ballast internal supply potential.
  • each freewheeling diodes Dil and D12 are connected in parallel and by a so-called trapezoidal capacitor C8 between its center tap and the Supply potential are relieved switching.
  • the control connections in this case the bases of the biopolar transistors T1 and T2, are driven via secondary windings RK1-B and RK1-C as well as resistors R3 and R4, a primary winding RK1-A with the secondary windings RK1-B and RK1-C is coupled and between the aforementioned center tap and thus AC output of the half-bridge and the lamp LAl is located.
  • the Lamp LAl is a common lamp inductor LDL.
  • the lamp LA1 is connected via lamp terminals KL2-1 to KL2-4, whereby the terminals KL2-3 and KL2-4 are provided on the middle tap side and the terminals KL2-1 and KL2-2 are provided on the other side of the lamp and between the terminals KL2- 2 and KL2-3 a necessary to ignite the lamp in a conventional manner necessary resonance capacitor C9 is connected.
  • the lamp terminal KL2-1 is connected via a likewise known coupling capacitor ClO to the reference potential, so that during operation, a mean charging of the coupling capacitor ClO results on the half DC bus voltage across the DC link capacitor C6 and the lamp LAl thus symmetrically in order the potential, which oscillates at the upper terminal of the coupling capacitor ClO, can be operated in a pure alternating-current operation.
  • the part of the circuit described so far is conventional in nature and is therefore not explained in detail.
  • the inventive EoL monitoring circuit will be discussed. This has an op-amp Ul with current mirror input, here a so-called Norton amplifier LM 3900 of On Semiconduc- tors.
  • a reference current derived from the supply potential via a high-resistance resistor of 10 M ⁇ is applied to the inverting input (designated by a "-") via a likewise high-resistance resistor R2 of FIG. 5 M ⁇ from a tap between the coupling capacitor ClO and the lamp terminal KL2-1 derived measuring current.
  • the difference between the two is amplified in a conventional manner, wherein the amplifier Ul is connected via a resistor R9 of 813 k ⁇ between its output and its inverting input in a conventional manner ruckkoppelnd.
  • the output signal of the amplifier U1 is applied to a window comparator consisting of a first comparator U2-A and second comparator U2-B, in which it is compared with a threshold window between 3.5 V and 8.5 V in this case. Accordingly, the inputs of the comparators U2-A and U2-B are connected to a NAND gate U3-A, the output of which indicates whether or not the current difference is within the tolerance width defined by the two comparator threshold values.
  • This signal is supplied to a turn-off device AE, which in response to this signal controls the base drive of the lower switching transistor T2 of the half-bridge device. converter prevents, which then also omit the switching operations of the upper switching transistor Tl.
  • the amplifier Ul Since the amplifier Ul is related to the reference potential and as a result of its current mirror input only low voltages at its inputs relative to the reference potential builds (less than 1 volt in the rule) corresponds to the current flowing through the resistor R2 current in the inverting input of the amplifier Ul practically proportional to the voltage above the coupling capacitor ClO.
  • the current flowing into the inverting input is composed of this current and the current through the feedback capacitor R9.
  • the resistors R2 and R9 are dimensioned so that in equilibrium without asymmetric EoL voltage component on the coupling capacitor ClO the output of the amplifier Ul to about half of the arithmetic mean of the reference potentials at the inputs of the window comparator U2-A, U2-B of FIG V is. In the lying case, turn-off potentials of about +/- 20 V at the coupling capacitor ClO.
  • FIG. 2 shows an embodiment which is largely identical to FIG. 1, but with a different connection of the coupling capacitor ClO and therefore also a slightly different connection of the amplifier U1. It is therefore first made to the comments on Figure 1 reference. Deviating from this, however, the coupling capacitor C10 is here between the primary winding RK1-A and the lamp inductor LD1 and thus between the alternating current output of the half-bridge converter with the switching transistors T1 and T2 of the lamp LA1.
  • the measuring current is taken off via the resistor R2 dimensioned here by 1.5 M ⁇ from a tap between the lamp inductor LD1 and the lamp LA1. Since the DC voltage component across the resistor R2 is significantly smaller than in the first embodiment, the reference potential for the reference current is taken here with 6 V from an already available for control circuits of the ballast supply and adapted the corresponding resistor Rl. In this embodiment, the optional capacitor C2 (shown in dashed lines in FIG. 1) must be provided for the low-pass smoothing.
  • Figure 3 largely corresponds to Figure 1, so again reference is made to the explanations there.
  • the window comparator U2-A, U2-B and the NAND gate U3-A are omitted between the amplifier Ul and the turn-off device AE.
  • the turn-off device has a microprocessor ⁇ P, which scans the output of the amplifier Ul at certain time intervals and in the case outside of a predetermined window of here again 3.5 V to 8.5 V lying output signalsteurchtt a repeat measurement for safety and then initiates a shutdown process.
  • the invention can therefore also be combined with a microprocessor control.
  • the control of the switching transistors Tl, T2 and the assumption of other functions of the ballast can of course also be microprocessor-controlled.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Entladungslampe LAl mit einer EoL- Überwachungsschaltung Rl, R2, Ul, R9, U2-A, U2-B, U3-A, AE, die einen Stromdifferenzverstärker Ul mit einem Stromspiegeleingang aufweist.

Description

EVG für Entladungslampen mit EoL-Überwachungsschaltung
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus vom Wechselstrombetrieb von Entladungslampen mit elektronischen Vorschaltgeraten .
Stand der Technik
Entladungslampen unterschiedlicher Bauweise werden heute in den meisten Fallen mit elektronischen Vorschaltgeraten betrieben. Solche Vorschaltgerate enthalten in aller Regel Hochfrequenzwandler zur Erzeugung einer Wechselstromversorgungsleistung für die Lampe aus einer niederfrequenten Netzversorgung oder auch aus einer Gleichspan- nungsversorgung.
Elektronische Vorschaltgerate verfugen neben den essentiellen Funktionen zum Starten und Betreiben der Entladungslampe häufig auch über zusatzliche Uberwachungs- und Regelfunktionen. Im vorliegenden Zusammenhang interes- siert die sog. EoL-Uberwachung (End-of-Life-Uberwachung) , bei der durch einen Schaltungsteil des Vorschaltgerats überwacht wird, wann sich ein Lebensdauerende einer der Elektroden der betriebenen Entladungslampe ankündigt.
Solche EoL-Uberwachungsschaltungen sind an sich bekannt, etwa aus der WO 00/11916, auf die zur Erläuterung des technischen Hintergrundes ergänzend verwiesen wird. Insbesondere wird dort verdeutlicht, dass bei der EoL- Uberwachung die sich mit dem nahenden Ende der Elektrodenlebensdauer einstellenden gleichrichtenden Eigenschaf- ten der Entladungslampe ausgenutzt werden. Das Elektro- denlebensdauerende geht mit einem Verbrauch oder einer Degradation eines Elektronenemittermaterials einher. Allgemeiner gesprochen kundigt sich das Ende der Lebensdauer einer Elektrode durch einen Anstieg der Elektronenaustrittsarbeit an dieser Elektrode an. Dadurch ergibt sich eine Asymmetrie im Wechselstrombetrieb oder anders ausgedruckt eine unipolare zusatzliche Leistung in der Lampe mit einem entsprechenden asymmetrischen Spannungsabfall.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hinsichtlich der EoL-Uberwachung verbessertes elektronisches Vorschaltgerat für Entladungslampen anzugeben.
Die Erfindung bezieht sich zum einen auf ein elektronisches Vorschaltgerat für den Wechselstrombetrieb einer Entladungslampe mit einer EoL-Uberwachungsschaltung zum Erkennen des Lebensdauerendes der Elektroden der Entla- dungslampe, welche EoL-Uberwachungsschaltung auf eine a- symmetrische Leistung der Entladungslampe anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass in der EoL- Uberwachungsschaltung ein mit der asymmetrischen Leistung verbundener Strom und ein Referenzstrom einem Stromdiffe- renzverstarker zugeführt werden,
auf ein entsprechendes Lampensystem aus einem solchen Vorschaltgerat zusammen mit einer passenden Entladungslampe .
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhangigen Anspru- chen angegeben und werden im folgenden naher erläutert.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, abweichend vom Stand der Technik nicht eine mit den beginnenden gleich- richtenden Eigenschaften der Entladungslampe korrelierende Spannung abzuleiten, über eine spannungssensitive Verstärkerschaltung zu erfassen und zur Steuerung des Betriebs des Vorschaltgeräts zu verwenden, sondern statt- dessen eine Stromdifferenzverstärkung vorzunehmen. Dazu wird ein mit der asymmetrischen Leistung der Entladungslampe korrelierender Strom verwendet und zusammen mit einem Referenzstrom einem Stromdifferenzverstärker zugeführt. Der Stromdifferenzverstärker zeichnet sich dadurch aus, dass er auch dann, wenn keine EoL-Erkennung vorliegt, also noch keine gleichrichtenden Eigenschaften er- fasst werden können, Eingangsströme zulässt. Damit kann insbesondere vermieden werden, dass sich im Falle spannungssensitiver Eingänge mit bei einer EoL-Erkennung durchschaltenden Transistoren durch die dann auftretende Strombelastung von Widerständen, mit denen entsprechende Messspannungen zur Erkennung oder Referenzspannungen zum Vergleich erzeugt werden, Spannungsverschiebungen ergeben .
Insbesondere bei der bereits erwähnten WO 00/11916 belasten sich zwei Spannungsteilerschaltungen gegenseitig, weil aus einem Spannungsdifferenzsignal ein Strom gebildet wird, der die weitere Signalgröße darstellt. Dadurch ergeben sich eine störende Spannungsverschiebung, eine Abhängigkeit von den Absolutwerten der verwendeten Potentiale gegen das Bezugspotential sowie nichtlineare Abhängigkeiten von den Potentialdifferenzen.
Im Unterschied dazu werden bei der Erfindung Stromeingänge verwendet, die auch im Normalbetriebsfall Ströme füh- ren können, sodass sich im Falle einer EoL-Erkennung keine wesentlichen Verschiebungen ergeben. -A-
Durch entsprechend hochohmige Widerstände in den Stromzu- fuhrungen können der notwendige Messstrom und der Referenzstrom auf so kleine Werte gedruckt werden, dass der damit verbundene Leistungsverbrauch völlig unerheblich ist. Ferner lassen sich durch entsprechende Vorbelastungen, etwa durch Ruckkopplungen am Stromdifferenzverstar- ker, leicht geeignete Arbeitspunkte einstellen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Eingangs des Stromdif- ferenzverstarkers besteht in einer an sich bekannten Stromspiegelschaltung, wobei der Stromdifferenzverstarker besonders bevorzugterweise im Übrigen als Operationsverstärker aufgebaut ist. Solche OP-Verstarker mit Spiegeleingang sind beispielsweise als sogenannte Norton- Verstarker von dem Hersteller Motorola, heute "On Semi- conductors", erhaltlich.
Dieser Norton-Verstarker weist ferner einen Spannungsausgang auf und zeigt damit ein weiteres bevorzugtes Merkmal der Erfindung. Schließlich handelt es sich dabei um einen Verstarker mit einem MOSFET-Stromspiegeleingang, einer gunstigen Ausfuhrungsform eines solchen Stromspiegeleingangs. Im Übrigen können Stromspiegeleingange aber auch in anderer unipolarer Technologie oder auch in bipolarer Technologie ausgeführt sein.
Ein Ausgangssignal des Stromdifferenzverstarkers kann bei einer einfachen und gunstigen Ausgestaltung der Erfindung an einen Fensterkomparator gegeben werden, also eine Kombination zweier einfacher Komparatoren, zwischen deren Schwellenwerten sich ein entsprechendes Fenster ergibt. Die Ausgangssignale der Komparatoren können beispielswei- se über ein NAND-Gatter verknüpft und einer Abschaltein- richtung zugeführt werden, die im Falle der Erkennung eines Elektrodenlebensdauerendes den Hochfrequenzwandler außer Betrieb nimmt.
Da es in dem Vorschaltgerat im Betrieb zu störenden Schwingungen und Oberwellen kommen kann, insbesondere zu Betriebsbeginn Einschwingvorgange möglich sind, weist die EoL-Uberwachungsschaltung vorzugsweise ein Tiefpassfilter, etwa ein RC-Glied auf. Der Kondensator des RC- Gliedes kann bei einer gunstigen Ausgestaltung zwischen dem Messstromeingang des Stromdifferenzverstarkers und dem vorschaltgeratinternen Bezugspotential liegen.
Statt einer Auswertung über Komparatoren und logische Gatter, die sich insbesondere für diskrete Realisierungen anbietet, kann auch eine Mikroprozessorabtastung des Stromdifferenzverstarkers vorgesehen sein, die in bestimmten Zeitabstanden abtastet und eventuell im Falle einer EoL-Erkennung aus Sicherheitsgründen Wiederholungsabfragen durchfuhrt. Hierbei ist zu bemerken, dass die durch Normungen und/oder die technischen Randbedingungen vorgegebenen Reaktionszeiten für EoL- Uberwachungsschaltungen nicht besonders kurz sind, sondern im Regelfall einige Sekunden Zeit zur Verfugung stehen. Letztlich ist im Regelfall nämlich nur entscheidend, thermische Schaden und beispielsweise davon ausgehende Brandgefahren durch auf die asymmetrische Zusatzleistung in der Lampe zurückgehende Elektroden zu vermeiden. Diese thermischen Vorgange laufen vergleichsweise trage ab.
Eine Möglichkeit zur Erzeugung eines Referenzstroms für den Stromdifferenzverstarker besteht darin, über einen relativ hochohmigen Widerstand von einem Referenzpotenti- al einen Strom abzuleiten, insbesondere von dem vor- schaltgeratinternen Hochfrequenzwandler .
In vielen praktisch bedeutsamen Fallen liegt ein sogenannter Koppelkondensator zwischen der Entladungslampe und dem vorschaltgeratinternen Bezugspotential vor, der sich im Betrieb im Regelfall auf ein Mittenpotential zwischen dem vorschaltgeratinternen Versorgungspotential und dem Bezugspotential aufladt und damit einen echten Wechselstrombetrieb der Entladungslampe gewahrleistet. Bei dieser Verschaltung kann der im Übrigen auf dieses Bezugspotential bezogene Stromdifferenzverstarker in gunstiger Weise über Widerstände mit einem Abgriff zwischen dem Koppelkondensator und der Entladungslampe verbunden sein, um damit einen mit der Spannung über dem Koppelkon- densator korrelierenden Strom abzugreifen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Eingange des Stromdifferenzver- starkers potentialmaßig sehr nahe beim Bezugspotential liegen .
Eine andere praktisch bedeutsame Verschaltung sieht einen entsprechenden Koppelkondensator zwischen dem Wechselstromausgang des Hochfrequenzwandlers und der Entladungslampe vor und schaltet dementsprechend dann in der Regel den anderen Anschluss der Entladungslampe direkt an das Bezugspotential. Abhangig von der Verschaltung von insbe- sondere für resonante Zundvorgange erforderlichen Resonanzkondensatoren parallel zur Lampe können solche Schaltungen vor allem von Vorteil sein, um in einfacher und direkter Weise den Lampenstrom messen und beispielsweise für eine Stromregelung verwenden zu können. In diesem Fall ist es gunstig, den Messstrom für den wiederum auf das Bezugspotential bezogenen Stromdifferenzverstarker wiederum von einem Mittenabgriff zwischen dem Koppelkondensator und der Entladungslampe über einen Widerstand abzuleiten. Dieser Messstrom korreliert dann mit der Lampenspannung, wurde also geglatteterweise im reinen Wech- selstrombetrieb bei Mittelwert null liegen. Hierbei kann der entsprechende Messstromeingang des Stromdifferenzver- starkers beispielsweise über eine Ruckkopplung vom Ver- starkerausgang vorbelastet sein, wozu auch auf das zweite Ausfuhrungsbeispiel verwiesen wird.
Ein bevorzugte Anwendung findet die Erfindung bei Niederdruckentladungslampen, ist aber auch für Hochdruckentladungslampen geeignet.
Die Erfindung hat ferner einen Verfahrensaspekt und bezieht sich demzufolge auch auf ein Verfahren zum Wechsel- strombetrieb einer Entladungslampe mit einem solchen Vor- schaltgerat, bei welchem Verfahren das Lebensdauerende einer Elektrode der Entladungslampe mit einer EoL- Uberwachungsschaltung, die auf eine asymmetrische Leistung der Entladungslampe anspricht, erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der EoL-Uberwachungsschaltung ein mit der asymmetrischen Leistung verbundener Strom und ein Referenzstrom einem Stromdifferenzverstarker zugeführt werden. Die vorstehend und im folgenden erläuterten einzelnen Merkmale sind implizit auch für die Verfahrenska- tegorie der Erfindung maßgeblich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können und sich sowohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfahrenskategorie der Erfindung beziehen.
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm eines Vorschaltgeräts für eine Niederdruckentla- dungslampe als erstes Ausführungsbeispiel.
Figur 2 entspricht Figur 1 und zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel .
Figur 3 entspricht Figur 1 und zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts für eine im rechten Bereich ebenfalls eingezeichnete Niederdruckentladungslampe LAl, das im linken Bereich für eine übliche Haushaltsnetzversorgung mit einer Phasenleitung L und einem Neutralleiter N an die Eingangsklemmen KLl-I und KL1-2 angeschlossen ist. Die Drossel LD2 und der Kondensator C5 bilden ein Funkentstörfilter zwischen dem Gleichrichter Dl bis D4 und einem Zwischenkreisspeicherkondensator C6, über dem die Zwischenkreisspannung mit einem im unteren Bereich der Figur liegenden vorschaltgerätinternen Bezugspotential und einem im oberen Bereich liegenden vorschaltgerätinternen Versorgungspotential anliegt.
Zwischen diesen beiden Potentialen liegen zwei Schalttransistoren Tl und T2 einer üblichen Halbbrückenwandler- Schaltung, zu denen jeweils Freilaufdioden Dil und D12 parallelgeschaltet sind und die durch einen sogenannten Trapezkondensator C8 zwischen ihrem Mittenabgriff und dem Versorgungspotential schaltentlastet werden. Die Steuer- anschlusse, hier die Basen der Biopolartransistoren Tl und T2, werden über Sekundärwicklungen RKl-B und RKl-C sowie Widerstände R3 bzw. R4 angesteuert, wobei eine Pri- marwicklung RKl-A mit den Sekundärwicklungen RKl-B und RKl-C gekoppelt ist und zwischen dem erwähnten Mittenabgriff und damit Wechselstromausgang der Halbbrücke und der Lampe LAl liegt. Zwischen der Primärwicklung des aus den Wicklungen RKl-A, RKl-B und RKl-C gebildeten Steuer- transformators, der hier im Übrigen nur symbolisch für eine selbsterregte Ansteuerung steht, die auch anders, insbesondere durch eine Fremdsteuerung, realisiert sein kann, und der Lampe LAl liegt eine übliche Lampendrossel LDl. Die Lampe LAl ist über Lampenklemmen KL2-1 bis KL2-4 angeschlossen, wobei die Klemmen KL2-3 und KL2-4 mittenabgriffseitig und die Klemmen KL2-1 und KL2-2 auf der anderen Seite der Lampe vorgesehen sind und zwischen die Klemmen KL2-2 und KL2-3 ein zum Zünden der Lampe in an sich bekannter Weise notwendiger Resonanzkondensator C9 geschaltet ist.
Der Lampenanschluss KL2-1 ist über einen ebenfalls an sich bekannten Koppelkondensator ClO an das Bezugspotential angeschlossen, sodass sich im Betrieb eine mittlere Aufladung des Koppelkondensators ClO auf die halbe Zwi- schenkreisspannung über dem Zwischenkreiskondensator C6 ergibt und die Lampe LAl damit in Folge des symmetrisch um das an dem oberen Anschluss des Koppelkondensators ClO herrschende Potential oszillierenden Mittenabgriffpotentials in einem reinen Wechselstrombetrieb betrieben wer- den kann. Der bisher beschriebene Teil der Schaltung ist an sich konventioneller Natur und wird daher nicht im Einzelnen erläutert. Im Folgenden wird auf die erfindungsgemaße EoL-Uberwachungsschaltung eingegangen. Diese weist einen OP-Verstarker Ul mit Stromspiegeleingang auf, hier ein sogenannter Norton-Verstarker LM3900 von On Semiconduc- tors . An dessen nichtinvertierendem Eingang (mit einem "+" bezeichnet) wird ein über einen hochohmigen Widerstand von 10 MΩ von dem Versorgungspotential abgeleiteter Referenzstrom gegeben, an den invertierenden Eingang (mit einem "-" bezeichnet) ein über einen ebenfalls hochohmigen Widerstand R2 von 6,5 MΩ von einem Abgriff zwischen dem Koppelkondensator ClO und der Lampenklemme KL2-1 abgeleiteter Messstrom. Die Differenz zwischen beiden wird in an sich bekannter Weise verstärkt, wobei der Verstarker Ul über einen Widerstand R9 von 813 kΩ zwischen seinem Ausgang und seinem invertierendem Eingang in an sich bekannter Weise ruckkoppelnd beschaltet ist.
Das Ausgangssignal des Verstärkers Ul wird an einen aus einem ersten Komparator U2-A und zweiten Komparator U2-B bestehenden Fensterkomparator gegeben, in dem es mit einem Schwellenwertfenster zwischen in diesem Fall 3,5 V und 8,5 V verglichen wird. Dementsprechend sind die Eingange der Komparatoren U2-A und U2-B an ein NAND-Gatter U3-A angeschlossen, dessen Ausgang damit anzeigt, ob die Stromdifferenz innerhalb der durch die beiden Komparator- schwellenwerte definierten Toleranzbreite liegt oder nicht .
Dieses Signal wird einer Abschalteinrichtung AE zuge- fuhrt, die ansprechend auf dieses Signal die Basisansteuerung des unteren Schalttransistors T2 des Halbbrücken- wandlers unterbindet, womit dann auch die Schaltvorgänge des oberen Schalttransistors Tl unterbleiben.
Es wurde bereits festgestellt, dass sich bei einer Lampe LAl mit beidseits voll emissionsfähigen Elektroden ein reiner Wechselstrombetrieb ergibt und sich über dem Kondensator ClO eine dem Gleichanteil des Potentials am Wechselstromausgang der Halbbrücke der Schalttransistoren Tl und T2 entsprechendes Potential einstellt. Dieses kann bei Bedarf über den zusätzlichen Kondensator C2 von 100 nF zwischen dem invertierenden Eingang des Verstärkers Ul und dem Bezugspotential geglättet werden. Auch bei abweichenden Verhältnissen, etwa einem von 0,5 abweichenden Tastverhältnis des Schalttransistorbetriebs, ergibt sich eine bestimmte mittlere Spannung an dem Koppelkondensator ClO.
Da der Verstärker Ul auf das Bezugspotential bezogen ist und in Folge seines Stromspiegeleingangs nur geringe Spannungen an seinen Eingängen gegenüber dem Bezugspotential aufbaut (unter 1 Volt im Regelfall) entspricht der durch den Widerstand R2 fließende Strom in den invertierenden Eingang des Verstärkers Ul praktisch proportional der Spannung über dem Koppelkondensator ClO. Der in den invertierenden Eingang fließende Strom setzt sich aus diesem Strom und dem Strom durch den Rückkopplungskonden- sator R9 zusammen. Dabei sind die Widerstände R2 und R9 so bemessen, dass im Gleichgewicht ohne asymmetrischen EoL-Spannungsanteil an dem Koppelkondensator ClO der Ausgang des Verstärkers Ul auf etwa der Hälfte des arithmetischen Mittels der Referenzpotentiale an den Eingängen des Fensterkomparators U2-A, U2-B von 6 V liegt. Im vor- liegenden Fall ergeben sich Abschaltpotentiale von etwa +/- 20 V an dem Koppelkondensator ClO.
Figur 2 zeigt ein weitgehend mit Figur 1 identisches Ausführungsbeispiel, jedoch mit einer abweichenden Verschal- tung des Koppelkondensators ClO und daher auch etwas abweichender Anbindung des Verstärkers Ul . Es wird daher zunächst auf die Erläuterungen zu Figur 1 Bezug genommen. Abweichend davon liegt der Koppelkondensator ClO hier jedoch zwischen der Primärwicklung RKl-A und der Lampen- drossel LDl und damit zwischen dem Wechselstromausgang des Halbbrückenwandlers mit den Schalttransistoren Tl und T2 der Lampe LAl .
Demzufolge wird der Messstrom über den hier mit 1,5 MΩ bemessenen Widerstand R2 von einem Abgriff zwischen der Lampendrossel LDl und der Lampe LAl abgenommen. Da der Gleichspannungsanteil über dem Widerstand R2 deutlich kleiner ist als beim ersten Ausführungsbeispiel, wird das Referenzpotential für den Referenzstrom hier mit 6 V aus einer ohnehin für Steuerschaltungen des Vorschaltgeräts zur Verfügung stehenden Versorgung entnommen und der entsprechende Widerstand Rl angepasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel muss der in Figur 1 optional (und daher gestrichelt) eingezeichnete Kondensator C2 für die Tief- passglättung vorgesehen sein.
Im symmetrischen Normalbetrieb ergibt sich damit, dass der Ruhestrom in den invertierenden Eingang vollständig durch den Rückkopplungskondensator R9 fließt und damit dem Strom durch den Widerstand Rl gleich ist. Die Spannung über Rl entspricht also dem arithmetischen Mittel zwischen den beiden Schwellenwerten des Fensterkompara- tors U2-A, U2-B.
Figur 3 entspricht weitgehend Figur 1, sodass wiederum auf die dortigen Erläuterungen Bezug genommen wird. Al- lerdings sind zwischen dem Verstarker Ul und der Abschalteinrichtung AE der Fensterkomparator U2-A, U2-B und das NAND-Gatter U3-A weggelassen. In diesem Fall verfugt nämlich die Abschalteinrichtung über einen Mikroprozessor μP, der den Ausgang des Verstärkers Ul in bestimmten Zeitintervallen abtastet und im Fall außerhalb eines vorgegebenen Fensters von hier wieder 3,5 V bis 8,5 V liegender Ausgangssignale eine Wiederholungsmessung zur Sicherheit durchfuhrt und dann einen Abschaltvorgang einleitet. Die Erfindung kann also auch mit einer Mikropro- zessorsteuerung kombiniert werden. Bei solchen Anwendungen können darüber hinaus naturlich auch die Ansteuerung der Schalttransistoren Tl, T2 und die Übernahme anderer Funktionen des Vorschaltgerats mikroprozessorgesteuert erfolgen .

Claims

Ansprύche
1. Elektronisches Vorschaltgerat für den Wechselstrombetrieb einer Entladungslampe (LAl)
mit einer EoL-Uberwachungsschaltung (Rl, R2, Ul, R9, U2-A, U2-B, U3-A, AE) zum Erkennen des Lebensdaueren- des der Elektroden der Entladungslampe (LAl),
welche EoL-Uberwachungsschaltung (Rl, R2, Ul, R9, U2- A, U2-B, U3-A, AE) auf eine asymmetrische Leistung der Entladungslampe (LAl) anspricht,
dadurch gekennzeichnet, dass in der EoL- Uberwachungsschaltung (Rl, R2, Ul, R9, U2-A, U2-B, U3-A, AE) ein mit der asymmetrischen Leistung verbundener Strom und ein Referenzstrom einem Stromdiffe- renzverstarker (Ul) zugeführt werden.
2. Vorschaltgerat nach Anspruch 1, bei dem der Stromdif- ferenzverstarker (Ul) eine Stromspiegelschaltung am
Eingang aufweist.
3. Vorschaltgerat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Stromdifferenzverstarker (Ul) einen Spannungsausgang aufweist .
4. Vorschaltgerat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Ausgangssignalleitung des Stromdifferenzverstarkers (Ul) an einen Fensterkomparator (U2-A, U2-B) angeschlossen ist.
5. Vorschaltgerat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die EoL-Uberwachungsschaltung (Rl, R2, Ul, R9, U2-A, U2-B, U3-A, AE) ein Tiefpassfilter (R2, C2) zum Ausfiltern von Storschwingungen aufweist.
6. Vorschaltgerat nach Anspruch 5, bei dem das Tiefpassfilter (R2, C2) einen Kondensator (C2) zwischen einem Messstromeingang des Stromdifferenzverstarkers (Ul) und dem internem Bezugspotential des Vorschaltgerats aufweist .
7. Vorschaltgerat nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem eine Ausgangssignalleitung des Stromdifferenzverstarkers (Ul) an eine Mikroprozessorschaltung (μP) angeschlossen ist.
8. Vorschaltgerat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Referenzstrom über einen Widerstand (Rl) von einem Referenzpotential abgeleitet ist.
9. Vorschaltgerat nach Anspruch 8, bei dem das Referenzpotential das interne Versorgungspotential eines Hochfrequenzwandlers (Tl, T2) zur Erzeugung der Wech- selstromversorgungsleistung für die Entladungslampe (LAl) ist.
10. Vorschaltgerat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Koppelkondensator (ClO) zwischen der Entladungslampe (LAl) und dem internen Bezugspotential des Vorschaltgerats vorgesehen ist, der Stromdiffe- renzverstarker (Ul) auf das Bezugspotential bezogen ist und der mit der asymmetrischen Leistung verbundene Strom über einen Widerstand (R2) von einem Abgriff zwischen dem Koppelkondensator (ClO) und der Entladungslampe (LAl) abgeleitet ist.
11. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zwischen der Entladungslampe (LAl) und einem Wechselstromausgang eines zur Erzeugung der Wechselstromversorgungsleistung für die Entladungslampe (LAl) vorgesehenen Hochfrequenzwandlers (Tl, T2) ein Koppelkondensator (ClO) vorgesehen ist, der Stromdifferenzverstärker (Ul) auf das Bezugspotential bezogen ist und der mit der asymmetrischen Leistung verbundene Strom über einen Widerstand (R2) von einem Abgriff zwischen dem Koppelkondensator (ClO) und der Entladungslampe (LAl) abgeleitet ist.
12. Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, das für eine Niederdruckentladungslampe (LAl) ausgelegt ist.
13. Lampensystem aus einer Entladungslampe (LAl) und einem Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche .
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