WO2010031430A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer entladungslampe - Google Patents

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coupled
electronic switch
circuit arrangement
output
switch
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Alois Braun
Walter Limmer
Maximilian Schmidl
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for operating a discharge lamp, comprising an input having a first and a second input terminal for connecting a supply voltage, a first electronic switch having a control electrode, a working electrode and a reference electrode, wherein the working electrode is coupled to the first input terminal, a first diode whose anode is coupled to the second input terminal and whose Ka ⁇ method is coupled to form a first connection point with the reference electrode of the first electronic switch, a control device for the control of the first electronic switch is coupled to its control electrode, an output having a first and a second output terminal for providing an output voltage to the discharge lamp, an inductance, which is arranged in series with one of the output terminals, a lamp string el, which is between the first connection point and the first output terminal gekop ⁇ pelt, and a first capacitor coupled between the first output terminal and the anode of the first diode, wherein the control device is designed, the first electronic switch continuously conducting for a switch- and not switch ⁇ for a
  • Such a circuit arrangement is known from the prior art. It is essentially a buck converter with a downstream ignition device for the discharge lamp, the mentioned inductance representing the ignition inductance.
  • the mentioned inductance representing the ignition inductance.
  • the object of the present invention is therefore, an aforementioned circuit arrangement relate hung as an aforementioned method in such a wei ⁇ terzu brieflyen that an extinction of the discharge lamp with low power dissipation is reliably prevented.
  • the present invention is based on the finding that vibrations can occur in the output circuit as a function of the starting inductance and the first capacitor. At low lamp impedances they are little dampens loaded and can interfere with the lamp operation, as the Lam ⁇ penstrom swings.
  • a measurement of the output current is provided, wherein by appropriate control of the first electronic switch, the output current fixed-frequency peak-to-peak is regulated.
  • the effective drive frequency of the resonance frequency which is essentially determined by the Zündindukt culinary and the first capacitor approaches.
  • the control loop thus "drags itself into oscillation.” In doing so, the current can even swing into negative, causing the lamp to extinguish.
  • ⁇ constricting invention eliminates the above problem in that the circuit arrangement is not operated in nearly fixed frequency in the continuous mode, but the turn-off of the first electronic switch is varied.
  • the distance to the mentioned resonant frequency is determined and a sufficient distance is established by varying the switch-off time. This reliably prevents a "pulling in" of the control loop into the oscillation, as a result of which extinction of the discharge lamp can reliably be prevented even without the use of additional ohmic resistors for damping the output circuit.
  • the control device may be adapted to the switch-off proportional, in particular directly or indirectly, per ⁇ proportional to vary the output voltage.
  • the control device may in particular be designed to shorten the turn-off time when the output voltage increases, and vice versa. If T e i n the on time T of the turn-off, L, for the serially represents one of the output ⁇ connections arranged inductance and C the capacitance of the first capacitor, the rudder systems particularly adapted to vary the switch-off such that applies :
  • control device particularly preferably avoids a range of 20 percent below to 20 percent above the resonance frequency, so that the following applies:
  • a circuit arrangement preferably further comprises a current measuring resistor, which is coupled between the anode of the first diode and the second input terminal, for measuring the current through the first electronic switch in its conducting state, wherein the control device is coupled to the current measuring resistor and is designed to vary the switch-on time for regulating the current to a predefinable value.
  • the switch is in particular so-regulates ⁇ that the average current remains constant despite the different chen off times.
  • a preferred far Erbil ⁇ dung of a circuit arrangement according to the invention further comprises a second, a third and a fourth electronic switch, wherein the first, second, third and fourth electronic switches represent a whole ⁇ bridge, wherein the first connection point egg represents NEN first bridge center point, wherein the scarf ⁇ processing arrangement further includes a second diode coupled in parallel with the first electronic switch, wherein the second electronic switch is coupled in parallel with the first diode, wherein the third and fourth electronic switches to form a second connection point representing a second Brückenmit ⁇ core; the coupled together, wherein the second bridge center point represents the second output terminal, wherein the control device is designed, the first, second, third, and according to the invention to control the fourth electronic switch.
  • the control device controls the third electronic switch is preferably implemented in a ers ⁇ th phase-conductive, non-conductive to turn off the fourth electronic switch and the first electronic switch, in a second phase, the fourth electronic switch conductive, the third electronic switch and the second electronic Switch non-conducting switch, wherein the first and the second phase with a first vorable ⁇ frequency, which is in particular in Niederfrequenzbe ⁇ rich continuously alternate, the control device is further designed in the first phase, the second electronic switch and in the second phase, the first electronic switch with a second predetermined frequency, which is rich in particular Hochfrequenzbe ⁇ rich, alternately conductive and non-conductive switch and thereby to vary the turn-off in dependence on the measured output voltage.
  • a free-wheeling diode is connected in parallel to each of the third and fourth electronic switches.
  • the circuit arrangement comprises a second capacitor, which is coupled between the first input terminal and the first output terminal.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a circuit ⁇ arrangement with an electronic switch.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second exemplary embodiment of an inventive circuit arrangement with ⁇ full bridge topology
  • Fig. 4 shows the time course of corresponding quantities at resonance according to the prior art.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an inventive Heidelbergungsanord ⁇ tion.
  • This comprises an input with a first egg and a second input terminal E 2 , to which a supply voltage can be connected. Between the inputs, an optional capacitor C E is arranged, which serves to stabilize the input voltage.
  • the circuit arrangement comprises a first electronic switch Qi with a control electrode, a working electrode and a reference electrode. The working electrode is coupled to the first input terminal E 1 .
  • Wei ⁇ thermore attention must a diode Di, yet whose cathode is coupled with the formation of a connection point with the N dustselekt ⁇ rode of the electronic switch Qi.
  • the circuit arrangement further comprises an output with a first Ai and a second output terminal A 2 , at which an output voltage U A is provided to a discharge lamp La.
  • an output voltage U A is provided to a discharge lamp La.
  • the series connection of a lamp inductor Li and an ignition inductance L z is arranged between the connection point N and the first output terminal Ai.
  • the connection point between the Lampendros ⁇ sel Li and the Zündindukt Chemistry L z is coupled via a capacitor ⁇ Ci with the second output terminal A 2 .
  • the anode of the diode Di is also coupled to the output terminal A 2 .
  • a voltage ⁇ measuring device 10 For measuring the output voltage U A , a voltage ⁇ measuring device 10 is provided. A quantity which is correlated with the measured output voltage U A is coupled to a control device 12 which is coupled to the control electrode of the electronic switch Qi. to control this. The controller 12 is also coupled to a current measuring device 14, which is the voltage across a current sensing resistor R s, the interim ⁇ rule the anode of the diode Di and the second inlet connection E 2 are coupled, measures, and to the Steuervorrich ⁇ tung 12 provides. Dashed lines show a firing capacitor C zi . The control device 12 is designed according to the invention to vary the switch-off time of the switch Qi as a function of the measured output voltage U A.
  • the variation takes place in particular in such a way that the frequency with which the switch Q x is driven differs from a resonance frequency and its multiples, which are essentially defined by the ignition inductance L z and the first capacitor Ci.
  • the current flowing through the lamp inductor L x is denoted by I Li
  • the current flowing through the lamp La is denoted by I La
  • the current flowing through the switch Q i is denoted by I Q i.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention, wherein the circuit arrangement now has a full bridge topology.
  • Reference numerals that have been introduced in co ⁇ menhang with Fig. 1, are used for like and identical components of Fig. 2 and will not be further inserted again.
  • the switch Qi is a second diode D 2 connected in parallel.
  • a second capacitor C 2 is coupled.
  • a first bridge center BM 1 Between the first switch Qi and the second switch Q 2 is a first bridge center BM 1, between the third Switch Q 3 and the fourth switch Q 4, a second bridge center BM2 formed.
  • the productivity Zündin ⁇ L z between the second output terminal A 2 and the second bridge center point BM2 presently is located.
  • a further ignition capacitor C z2 is shown, which may be provided as an alternative or in addition to the ignition capacitor Czi. This can be coupled in parallel to the two output terminals Ai, A 2 .
  • the operation of the circuit arrangement of FIG. 2 is effected by corresponding control of the switches Qi to Q 4 by the control device 12.
  • the control device 12 controls the switch Q 4 in a first phase, the switches Q 3 and Q 2 non-conductive.
  • the switch Q 3 is turned on , the switches Q 4 and Qi non-conductive.
  • the first and second phase change continually with a first vorgeb ⁇ cash frequency lying in particular in the low frequency region decreases.
  • the switch Qi and in the second phase of the switch Q 2 with a second predetermined frequency, which is in particular in Hochfrequenzbe ⁇ rich, alternately turned on and non-conductive ge ⁇ .
  • the turn-off time is varied in dependence on the measured output voltage U A in such a way that the drive frequency differs from the resonance frequency, which is essentially defined by the capacitances Ci, C 2 and the ignition inductance L z , and their multiples.
  • FIG. 3 and 4 illustrate again the considerations and findings underlying this present invention.
  • Fig. 2 - shows the time profile of various currents in a peak-to-peak regulation of the current I Q i through the switch Qi. Shown is a Abschaltstromschwelle I s . As soon as the current through the switch reaches this current value I s , the switch I Q i is switched to the non-conducting state. The turn-on time is T e i n and leads to the increase of the current I L i by the Lampendros ⁇ sel Li.
  • the current through the lamp inductor I L i decreases continuously, see T off . Furthermore, the current I D1 is drawn in the freewheeling phase, ie with the switch Q 1 open. Finally, the supplied to the discharge lamp La current I La , which corresponds to the average current I L i qUer through the lamp inductor L 1 is entered.
  • Fig. 4 shows the situation when an oscillation occurs in the output circuit, ie the output current I La . Occurs ei ⁇ ne vibration to the output circuit, the current obtained by the current measuring resistor R s at the maximum of vibration an "offset", that is, the off time is reached earlier and at first the on-time decreases tem-
  • the minimum of the vibration T e is i n as usual, ie at least more energy is coupled in at the minimum than at the maximum, in particular energy is coupled in with the natural frequency of the oscillating circuit from the starting inductance L z and the capacitor Ci, C 2.
  • the circuit oscillates, the offset increases at the maximum, until it is so high that the switch-off threshold is already reached at the switch-on time, see ti of Fig. 4, of the switch Q.
  • the switch Qi no longer turns on.
  • the total energy is coupled in the minimum, the circle is excited with its resonant frequency. In other words, the control loop "pulls itself into the vibration".

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe umfassend: einen Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungsspannung; einen ersten elektronischen Schalter (Q1), der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsanschluss E1) gekoppelt ist; eine erste Diode (D1), deren Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist und deren Kathode unter Ausbildung eines ersten Verbindungspunkts (N) mit der Bezugselektrode des ersten elektronischen Schalters (Q1) gekoppelt ist; eine Steuervorrichtung (12), die zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters (Q1) mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist; einen Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (UA) an die Entladungslampe (La); eine Induktivität (Lz), die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse (A1; A2) angeordnet ist; eine Lampendrossel (L1), die zwischen den ersten Verbindungspunkt (N) und den ersten Ausgangsanschluss (A1) gekoppelt ist; und einen ersten Kondensator (C1), der zwischen den ersten Ausgangsanschluss (A1) und die Anode der ersten Diode (D1) gekoppelt ist; wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Q1) fortwährend für eine Einschaltzeit leitend und für eine Ausschaltzeit nichtleitend zu schalten; wobei die Schaltungsanordnung weiterhin eine Spannungsmessvorrichtung (10) zur Messung der Ausgangsspannung (UA) umfasst, wobei die Spannungsmessvorrichtung (10) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein Signal bereitzustellen, das mit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) korreliert ist, wobei die Spannungsmessvorrichtung (10) zur Übertragung dieses Signals an die Steuervorrichtung (12) mit der Steuervorrichtung (12) gekoppelt ist, und wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) zu variieren. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe.

Description

Be s ehre ibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord¬ nung zum Betreiben einer Entladungslampe, umfassend einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsan- schluss zum Anschließen einer Versorgungsspannung, einen ersten elektronischen Schalter, der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsan- Schluss gekoppelt ist, eine erste Diode, deren Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist und deren Ka¬ thode unter Ausbildung eines ersten Verbindungspunkts mit der Bezugselektrode des ersten elektronischen Schalters gekoppelt ist, eine Steuervorrichtung, die zur Ansteue- rung des ersten elektronischen Schalters mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist, einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung an die Entladungslampe, eine Induktivität, die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse an- geordnet ist, eine Lampendrossel, die zwischen den ersten Verbindungspunkt und den ersten Ausgangsanschluss gekop¬ pelt ist, und einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Ausgangsanschluss und die Anode der ersten Diode gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter fortwährend für eine Einschaltzeit leitend und für eine Ausschaltzeit nicht¬ leitend zu schalten. Sie betrifft überdies ein entspre¬ chendes Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe. Stand der Technik
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Sie stellt sich im Wesentlichen als Buck-Konverter mit nachgeschalteter Zündvorrichtung für die Entladungslampe dar, wobei die erwähnte Induktivität die Zündinduktivität darstellt. In der Praxis wurde nun festgestellt, dass Entladungslampen, die an einer derartigen Schaltungsanordnung betrieben werden, bisweilen verlöschen. Durch die Einführung zusätzlicher ohmscher Widerstände in den Ausgangskreis, d. h. seriell zur Ent- ladungslampe, konnte das Verlöschen weitgehend verhindert werden. Allerdings ist diese Lösung im Hinblick auf die entstehende Verlustleistung unerwünscht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt deshalb darin, eine eingangs genannte Schaltungsanordnung bezie- hungsweise ein eingangs genanntes Verfahren derart wei¬ terzubilden, dass ein Verlöschen der Entladungslampe bei geringer Verlustleistung zuverlässig verhindert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 14.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in Abhängigkeit der Zündinduktivität und des ersten Kondensators Schwingungen im Ausgangskreis auftreten können. Bei niedrigen Lampenimpedanzen werden sie wenig be- dämpft und können den Lampenbetrieb stören, da der Lam¬ penstrom schwingt. Bei der üblichen weiteren Beschaltung einer aus dem Stand der Technik bekannten, gattungsgemä- ßen Schaltungsanordnung ist eine Messung des Ausgangsstroms vorgesehen, wobei durch entsprechende Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters der Ausgangsstrom festfrequent peak-to-peak geregelt wird. Tritt nun im Ausgangskreis eine Schwingung auf, so kann das dazu füh¬ ren, dass Einschaltzyklen gänzlich ausfallen und die effektive Ansteuerfrequenz sich der Resonanzfrequenz, die im Wesentlichen durch die Zündinduktivität und den ersten Kondensator bestimmt ist, annähert. Der Regelkreis zieht sich also „in die Schwingung hinein". Dabei kann der Strom sogar ins Negative schwingen und dadurch die Lampe zum Verlöschen bringen.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise der Einfügung von ohmschen Widerständen in den Ausgangskreis diente unwissentlich dazu, die Schwingung zu bedampfen, führte jedoch zu unerwünscht hoher Verlustleistung.
Auf der Basis dieser Erkenntnisse beseitigt die vorlie¬ gende Erfindung das oben genannte Problem dadurch, dass im Continuous Mode die Schaltungsanordnung nicht nahezu festfrequent betrieben wird, sondern die Ausschaltzeit des ersten elektronischen Schalters variiert wird. Durch Messung der Ausgangsspannung wird der Abstand zur genannten Resonanzfrequenz ermittelt und durch Variation der Ausschaltzeit ein ausreichender Abstand dazu hergestellt. Dadurch wird ein „Hineinziehen" des Regelkreises in die Schwingung zuverlässig vermieden. Als Folge davon lässt sich ein Verlöschen der Entladungslampe auch ohne Verwendung zusätzlicher ohmscher Widerstände zur Bedämpfung des Ausgangskreises zuverlässig vermeiden. Die Steuervorrichtung kann ausgelegt sein, die Ausschaltzeit proportional, insbesondere direkt oder indirekt pro¬ portional, zur Ausgangsspannung zu variieren. Die Steuervorrichtung kann insbesondere ausgelegt sein, bei einer Vergrößerung der Ausgangsspannung die Ausschaltzeit zu verkürzen und umgekehrt. Wenn Tein die Einschaltzeit, Taus die Ausschaltzeit, Lz die seriell zu einem der Ausgangs¬ anschlüsse angeordnete Induktivität und Ci die Kapazität des ersten Kondensators darstellt, ist die Steuervorrich- tung insbesondere ausgelegt, die Ausschaltzeit derart zu variieren, dass gilt:
-/ ein ~*~ -/ aus
Besonders bevorzugt vermeidet die Steuervorrichtung durch Variation der Ausschaltzeit einen Bereich von 20 Prozent unter bis 20 Prozent über der Resonanzfrequenz, so dass gilt:
Figure imgf000006_0001
Um sicherzustellen, dass auch Harmonische der Resonanzfrequenz vermieden werden, gilt weiterhin:
Figure imgf000006_0002
Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang wiederum, wenn ein Bereich von 20 Prozent unter bis 20 Prozent über der jeweiligen Frequenz vermieden wird, so dass gilt:
7 1
≠ 0,8 bis 1,2* ^=; n = 1, 2, 3, ... n *{Teιn + Taus) 2^Z C 1 Insbesondere wenn die Impedanz der am Ausgang anzuschlie¬ ßenden Entladungslampe nicht zu vernachlässigen ist, ist in der jeweiligen, oben erwähnten Formel die Verstimmung des Schwingkreises aus dem ersten Kondensator und der In- duktivität durch die Impedanz der am Ausgang anzuschlie¬ ßenden Entladungslampe zu berücksichtigen. Damit lassen sich besonders präzise Werte für die zu vermeidenden Fre¬ quenzen ermitteln und bei der Steuerung durch die Steuervorrichtung berücksichtigen.
Bevorzugt umfasst eine erfindungsgemäße Schaltungsanord¬ nung weiterhin einen Strommesswiderstand, der zwischen die Anode der ersten Diode und den zweiten Eingangsan- schluss gekoppelt ist, zur Messung des Stroms durch den ersten elektronischen Schalter in dessen leitendem Zu- stand, wobei die Steuervorrichtung mit dem Strommesswiderstand gekoppelt und ausgelegt ist, die Einschaltzeit zur Regelung des Stroms auf einen vorgebbaren Wert zu variieren. Dabei wird die Einschaltzeit insbesondere so ge¬ regelt, dass der mittlere Strom trotz der unterschiedli- chen Ausschaltzeiten konstant bleibt.
Die vorgenannten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betreffen insbesondere Realisierungen mit einem einzigen elektronischen Schalter. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee ist je- doch insbesondere auch auf eine Vollbrückentopologie ü- bertragbar. Insofern umfasst eine bevorzugte Weiterbil¬ dung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weiterhin einen zweiten, einen dritten und einen vierten elektronischen Schalter, wobei der erste, der zweite, der dritte und der vierte elektronische Schalter eine Voll¬ brücke darstellen, wobei der ersten Verbindungspunkt ei- nen ersten Brückenmittelpunkt darstellt, wobei die Schal¬ tungsanordnung weiterhin eine zweite Diode umfasst, die parallel zum ersten elektronischen Schalter gekoppelt ist, wobei der zweite elektronische Schalter parallel zur ersten Diode gekoppelt ist, wobei der dritte und der vierte elektronische Schalter unter Ausbildung eines zweiten Verbindungspunkts, der einen zweiten Brückenmit¬ telpunkt darstellt, miteinander gekoppelt sind, wobei der zweite Brückenmittelpunkt den zweiten Ausgangsanschluss darstellt, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten elektronischen Schalter erfindungsgemäß anzusteuern. Dabei ist die Steuervorrichtung bevorzugt ausgelegt, in einer ers¬ ten Phase den dritten elektronischen Schalter leitend, den vierten elektronischen Schalter und den ersten elektronischen Schalter nichtleitend zu schalten, in einer zweiten Phase den vierten elektronischen Schalter leitend, den dritten elektronischen Schalter und den zweiten elektronischen Schalter nichtleitend zu schalten, wobei sich die erste und die zweite Phase mit einer ersten vor¬ gebbaren Frequenz, die insbesondere im Niederfrequenzbe¬ reich liegt, fortwährend abwechseln, wobei die Steuervorrichtung weiterhin ausgelegt ist, in der ersten Phase den zweiten elektronischen Schalter und in der zweiten Phase den ersten elektronischen Schalter mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Hochfrequenzbe¬ reich liegt, abwechselnd leitend und nichtleitend zu schalten und dabei die Ausschaltzeit in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung zu variieren.
Bevorzugt ist dem dritten und dem vierten elektronischen Schalter jeweils eine Freilaufdiode parallelgeschaltet. Weiterhin bevorzugt umfasst die Schaltungsanordnung einen zweiten Kondensator, der zwischen den ersten Eingangsan- schluss und den ersten Ausgangsanschluss gekoppelt ist. In diesem Fall ist in den obigen Gleichungen anstelle der Kapazität des ersten Kondensators die Gesamtkapazität aus erstem und zweitem Kondensator anzusetzen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Schaltungsanord- nung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungs¬ anordnung mit einem elektronischen Schalter;
Fig. 2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausfüh- rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungs¬ anordnung mit Vollbrückentopologie;
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf diverser Ströme bei einer peak-to-peak-Regelung gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf entsprechender Größen bei Resonanz gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord¬ nung. Diese umfasst einen Eingang mit einem ersten Ei und einem zweiten Eingangsanschluss E2, an den eine Versor- gungsspannung angeschlossen werden kann. Zwischen den Eingängen ist ein optionaler Kondensator CE angeordnet, der zur Stabilisierung der Eingangsspannung dient. Die Schaltungsanordnung umfasst einen ersten elektronischen Schalter Qi mit einer Steuerelektrode, einer Arbeits- elektrode und einer Bezugselektrode. Die Arbeitselektrode ist mit dem ersten Eingangsanschluss E1 gekoppelt. Wei¬ terhin ist eine Diode Di vorhanden, deren Kathode unter Ausbildung eines Verbindungspunkts N mit der Bezugselekt¬ rode des elektronischen Schalters Qi gekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin einen Ausgang mit einem ersten Ai und einem zweiten Ausgangsanschluss A2, an dem eine Ausgangsspannung UA an eine Entladungslampe La bereitgestellt wird. Zwischen dem Verbindungspunkt N und dem ersten Ausgangsanschluss Ai ist die Serienschal- tung einer Lampendrossel Li und einer Zündinduktivität Lz angeordnet. Der Verbindungspunkt zwischen der Lampendros¬ sel Li und der Zündinduktivität Lz ist über einen Konden¬ sator Ci mit dem zweiten Ausgangsanschluss A2 gekoppelt. Die Anode der Diode Di ist ebenfalls mit dem Ausgangsan- Schluss A2 gekoppelt.
Zur Messung der Ausgangsspannung UA ist eine Spannungs¬ messvorrichtung 10 vorgesehen. Eine Größe, die mit der gemessenen Ausgangsspannung UA korreliert ist, wird an eine Steuervorrichtung 12 gekoppelt, die mit der Steuer- elektrode des elektronischen Schalters Qi gekoppelt ist, um diesen anzusteuern. Die Steuervorrichtung 12 ist überdies mit einer Strommessvorrichtung 14 gekoppelt, die die Spannung, die über einem Strommesswiderstand Rs, der zwi¬ schen die Anode der Diode Di und den zweiten Eingangsan- Schluss E2 gekoppelt ist, misst und an die Steuervorrich¬ tung 12 bereitstellt. Gestrichelt eingezeichnet ist ein Zündkondensator Czi. Die Steuervorrichtung 12 ist erfindungsgemäß ausgelegt, die Ausschaltzeit des Schalters Qi in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung UA zu va- riieren. Die Variation erfolgt insbesondere derart, dass sich die Frequenz, mit der der Schalter Qx angesteuert wird, von einer Resonanzfrequenz und deren Vielfacher, die im Wesentlichen durch die Zündinduktivität Lz und den ersten Kondensator Ci definiert sind, unterscheidet. Der die Lampendrossel Lx durchfließende Strom ist mit ILi, der die Lampe La durchfließende Strom ist mit ILa und der den Schalter Qi durchfließende Strom ist mit IQi bezeichnet.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsan- Ordnung, wobei die Schaltungsanordnung nunmehr eine VoIl- brückentopologie aufweist. Bezugszeichen, die in Zusam¬ menhang mit Fig. 1 eingeführt wurden, gelten für gleiche und gleich wirkende Bauelemente von Fig. 2 weiter und werden nicht nochmals eingeführt.
Diese umfasst weiterhin einen zweiten Q2, einen dritten Q3 und einen vierten Schalter Q4. Dem Schalter Qi ist eine zweite Diode D2 parallelgeschaltet. Zwischen den ersten Eingangsanschluss Ei und den ersten Ausgangsanschluss Ai ist ein zweiter Kondensator C2 gekoppelt. Zwischen dem ersten Schalter Qi und dem zweiten Schalter Q2 ist ein erster Brückenmittelpunkt BMl, zwischen dem dritten Schalter Q3 und dem vierten Schalter Q4 ein zweiter Brückenmittelpunkt BM2 gebildet. Vorliegend ist die Zündin¬ duktivität Lz zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss A2 und dem zweiten Brückenmittelpunkt BM2 angeordnet. Optio- nal ist ein weiterer Zündkondensator Cz2 eingezeichnet, der alternativ oder zusätzlich zum Zündkondensator Czi vorgesehen sein kann. Dieser kann parallel zu den beiden Ausgangsanschlüssen Ai, A2 gekoppelt sein.
Der Betrieb der Schaltungsanordnung von Fig. 2 erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der Schalter Qi bis Q4 durch die Steuervorrichtung 12. Dabei steuert die Steuervorrichtung 12 in einer ersten Phase den Schalter Q4 leitend, die Schalter Q3 und Q2 nichtleitend. In einer zwei¬ ten Phase wird der Schalter Q3 leitend, die Schalter Q4 und Qi nichtleitend geschaltet. Die erste und die zweite Phase wechseln sich fortwährend mit einer ersten vorgeb¬ baren Frequenz, die insbesondere im Niederfrequenzbereich liegt, ab. In der ersten Phase wird der Schalter Qi und in der zweiten Phase der Schalter Q2 mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Hochfrequenzbe¬ reich liegt, abwechselnd leitend und nichtleitend ge¬ schaltet. Dabei wird die Ausschaltzeit in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung UA derart variiert, dass sich die Ansteuerfrequenz von der Resonanzfrequenz, die im Wesentlichen durch die Kapazitäten Ci, C2 und die Zündinduktivität Lz definiert ist, und deren Vielfacher unterscheiden .
Die Figuren 3 und 4 verdeutlichen nochmals die Überlegungen und Erkenntnisse, die dieser vorliegenden Erfindung zugrunde liegen. Für die grundsätzliche Topologie von Fig. 2 - allerdings ohne erfindungsgemäße Steuerung - zeigt Fig. 3 den zeitlichen Verlauf diverser Ströme bei einer peak-to-peak-Regelung des Stroms IQi durch den Schalter Qi. Eingezeichnet ist eine Abschaltstromschwelle Is. Sobald der Strom durch den Schalter diesen Stromwert Is erreicht, wird der Schalter IQi in den nichtleitenden Zustand geschaltet. Die Einschaltzeit beträgt Tein und führt zum Ansteigen des Stroms ILi durch die Lampendros¬ sel Li. Nach dem Ausschalten des Schalters Qi, d. h. in der Entmagnetisierungsphase der Lampendrossel Li, nimmt der Strom durch die Lampendrossel ILi kontinuierlich ab, siehe Taus . Weiterhin ist eingezeichnet der Strom ID1 in der Freilaufphase, d. h. bei geöffnetem Schalter Q1. Schließlich ist eingetragen der an die Entladungslampe La bereitgestellte Strom ILa, der dem mittleren Strom ILiqUer durch die Lampendrossel L1 entspricht.
Fig. 4 zeigt die Situation bei Auftreten einer Schwingung im Ausgangskreis, d. h. des Ausgangsstroms ILa. Tritt ei¬ ne Schwingung im Ausgangskreis auf, erhält der Strom durch den Strommesswiderstand Rs im Maximum der Schwin- gung einen „Offset", d. h. der Ausschaltzeitpunkt wird früher erreicht und anfangs sinkt die Einschaltzeit Tem- Im Minimum der Schwingung bleibt Tein wie gehabt, d. h. es wird im Minimum mehr Energie eingekoppelt als im Maximum. Insbesondere wird Energie mit der Eigenfrequenz des Schwingkreises aus Zündinduktivität Lz und Kondensator Ci, C2 eingekoppelt. In der Folge schwingt sich der Kreis auf, der Offset im Maximum steigt, bis er so hoch ist, dass im Einschaltzeitpunkt, siehe ti von Fig. 4, des Schalters Qi bereits die Abschaltschwelle erreicht ist. Damit schaltet der Schalter Qi nicht mehr ein. Die gesamte Energie wird im Minimum eingekoppelt, der Kreis wird mit seiner Resonanzfrequenz angeregt. Mit anderen Worten: Der Regelkreis „zieht sich in die Schwingung hinein".

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe umfassend:
- einen Eingang mit einem ersten (Ei) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungsspannung; einen ersten elektronischen Schalter (Qi) , der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Be¬ zugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsanschluss E1) gekoppelt ist; - eine erste Diode (Di) , deren Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist und deren Ka¬ thode unter Ausbildung eines ersten Verbindungs¬ punkts (N) mit der Bezugselektrode des ersten e- lektronischen Schalters (Qi) gekoppelt ist; - eine Steuervorrichtung (12), die zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters (Qi) mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist;
- einen Ausgang mit einem ersten (Ai) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung (UA) an die Entladungslampe (La) ; eine Induktivität (Lz) , die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse (Ai; A2) angeordnet ist; eine Lampendrossel (Li) , die zwischen den ersten Verbindungspunkt (N ( und den ersten Ausgangsan- Schluss (Ai) gekoppelt ist; und
- einen ersten Kondensator (Ci) , der zwischen den ersten Ausgangsanschluss (Ai) und die Anode der ersten Diode (Di) gekoppelt ist; wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Qi) fortwährend für eine Einschaltzeit leitend und für eine Ausschaltzeit nichtleitend zu schalten; dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin eine Spannungs- messvorrichtung (10) zur Messung der Ausgangsspannung (UA) umfasst, wobei die Spannungsmessvorrichtung (10) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein Signal bereitzu¬ stellen, das mit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) korreliert ist, wobei die Spannungsmessvorrichtung (10) zur Übertragung dieses Signals an die Steuervorrichtung (12) mit der Steuervorrichtung (12) gekoppelt ist, und wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) in Abhängigkeit der ge¬ messenen Ausgangsspannung (UA) zu variieren.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) proportional, insbesondere direkt oder indirekt proportional, zur Ausgangsspannung (UA) zu variieren.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, bei ei¬ ner Vergrößerung der Ausgangsspannung (UA) die Aus- schaltzeit (Taus) zu verkürzen und umgekehrt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ausschaltzeit (Taus) derart zu variieren, dass gilt:
Figure imgf000017_0001
wobei Tein die Einschaltzeit, Taus die Ausschaltzeit, L die seriell zu einem der Ausgangsanschlüsse (Ai; A2) angeordnete Induktivität (Lz) , und Ci die Kapazität des ersten Kondensators (Ci) darstellt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gilt:
1 -≠ 0,8 bis 1,2*- 1 lein ' l aus ^^y ^Z^l
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, dass
≠ , ; n = 1, 2, 3, ...
"- \1 ein ^ 1 ausJ
7 . Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , das s
; n = 1 , 2 , 3 , . . .
Figure imgf000017_0002
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Formel die Verstimmung des Schwingkreises aus dem ersten Kondensator (Ci) und der Induktivität (Lz) durch die Impedanz der am Ausgang anzuschließenden Entladungslampe (La) berücksichtigt ist .
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einen Strommesswiderstand (Rs) um- fasst, der zwischen die Anode der ersten Diode (Di) und den zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, zur Messung des Stroms durch den ersten elektronischen Schalter (Qx) in dessen leitendem Zustand, wobei die Steuervorrichtung (12) mit dem Strommesswiderstand ge- koppelt und ausgelegt ist, die Einschaltzeit (Tein) zur Regelung des Stroms auf einen vorgebbaren Wert zu variieren .
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin einen zweiten (Qi) , einen dritten (Q4) und einen vierten elektronischen Schalter (Q3) umfasst, wobei der erste (Q2) , der zweite (Qi) , der dritte (Q4) und der vierte elektroni¬ sche Schalter (Q3) eine Vollbrücke darstellen, wobei der erste Verbindungspunkt (N) einen ersten Brückenmittelpunkt darstellt, wobei die Schaltungsanordnung weiterhin eine zweite Diode (D2) umfasst, die parallel zum ersten elektroni¬ schen Schalter (Q2) gekoppelt ist, wobei der zweite elektronische Schalter (Qi) parallel zur ersten Diode (Di) gekoppelt ist, wobei der dritte (Q4) und der vierte elektronische Schalter (Q3) unter Ausbildung eines zweiten Verbindungspunkts, der einen zweiten Brückenmittelpunkt darstellt, miteinander gekoppelt sind, wobei der zweite Brückenmittelpunkt den zweiten Ausgangsanschluss (A2) darstellt, wobei die Steuervor¬ richtung (12) ausgelegt ist, den ersten (Q2), den zweiten (Qi) , den dritten (Q4) und den vierten elektronischen Schalter (Q3) anzusteuern.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, in einer ersten Phase den dritten elektronischen Schalter (Q4) leitend, den vierten elektronischen Schalter (Q3) und den ersten elektronischen Schalter (Q2) nichtleitend zu schalten, in einer zweiten Phase den vierten elektronischen Schalter (Q3) leitend, den dritten elektronischen Schalter (Q4) und den zweiten elektronischen Schalter (Qi) nichtleitend zu schalten, wobei sich die erste und die zweite Phase mit einer ersten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Niederfrequenzbereich liegt, fortwährend abwechseln, wobei die Steuervorrichtung (12) weiterhin ausgelegt ist, in der ersten Phase den zweiten elektronischen Schalter (Qi) und in der zweiten Phase den ersten elektronischen Schalter (Q2) mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz, die insbesondere im Hochfrequenzbereich liegt, abwechselnd leitend und nichtleitend zu schal- ten und dabei die Ausschaltzeit in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung zu variieren.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten (Q4) und dem vierten elektronischen Schalter (Q3) jeweils eine Freilaufdiode parallelge¬ schaltet ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin einen zweiten Kondensator (C2) umfasst, der zwischen den ersten Ein- gangsanschluss (Ei) und den ersten Ausgangsanschluss (Ai) gekoppelt ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe an einer Schaltungsanordnung mit einem Eingang mit einem ersten (Ei) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungsspannung; einem ers- ten elektronischen Schalter (Ql) , der eine Steuerelektrode, eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode aufweist, wobei die Arbeitselektrode mit dem ersten Eingangsanschluss (Ei) gekoppelt ist; einer ersten Di¬ ode (Di) , deren Anode mit dem zweiten Eingangsan- Schluss (E2) gekoppelt ist und deren Kathode unter
Ausbildung eines ersten Verbindungspunkts (N) mit der
Bezugselektrode des ersten elektronischen Schalters
(Qi) gekoppelt ist; einer Steuervorrichtung (12), die zur Ansteuerung des ersten elektronischen Schalters (Qi) mit dessen Steuerelektrode gekoppelt ist; einem Ausgang mit einem ersten (Ai) und einem zweiten Aus- gangsanschluss (A2) zum Bereitstellen einer Ausgangs¬ spannung (UA) an die Entladungslampe (La) ; einer In- duktivität (Lz) , die seriell zu einem der Ausgangsan¬ schlüsse (Ai; A2) angeordnet ist; einer Lampendrossel
(Li) , die zwischen den ersten Verbindungspunkt (N) und den ersten Ausgangsanschluss (Ai) gekoppelt ist; und einem ersten Kondensator (Ci) , der zwischen den ersten Ausgangsanschluss (Ai) und die Anode der ersten Diode
(Di) gekoppelt ist; wobei die Steuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Qx) fortwährend für eine Einschaltzeit leitend und für ei¬ ne Ausschaltzeit nichtleitend zu schalten; gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Messen der Ausgangsspannung (UA) ; b) Koppeln eines Signals, das mit der gemessenen Aus¬ gangsspannung (UA) korreliert ist, an die Steuer¬ vorrichtung (12); und c) durch die Steuervorrichtung (12): Variieren der Ausschaltzeit (Taus) in Abhängigkeit der gemessenen Ausgangsspannung (UA) .
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