WO2013092287A1 - Electronic ballast for a gas discharge lamp - Google Patents

Electronic ballast for a gas discharge lamp Download PDF

Info

Publication number
WO2013092287A1
WO2013092287A1 PCT/EP2012/075020 EP2012075020W WO2013092287A1 WO 2013092287 A1 WO2013092287 A1 WO 2013092287A1 EP 2012075020 W EP2012075020 W EP 2012075020W WO 2013092287 A1 WO2013092287 A1 WO 2013092287A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas discharge
discharge lamp
circuit
evaluation
voltage
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/075020
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Matt
Inge KIRCH
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2013092287A1 publication Critical patent/WO2013092287A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H05B41/288—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 without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881—Load circuits; Control thereof
    • H05B41/2882—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H05B41/288—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 without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2885—Static converters especially adapted therefor; Control thereof
    • H05B41/2886—Static converters especially adapted therefor; Control thereof comprising a controllable preconditioner, e.g. a booster
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/382—Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to an electronic ballast for a gas discharge lamp according to the preamble of independent claim 1.
  • an electronic Vorschaltgerat is required, which provides the necessary for ignition and operation voltages and currents.
  • the ignition of the gas discharge lamp is typically at a very high voltage in the range of 20 to 25 kV to generate an arc between the electrodes of the gas discharge lamp.
  • the ballast immediately after ignition, the ballast must provide sufficient energy to sustain the current flow in the form of the arc. If this fails, the arc extinguishes and the burner has to be ignited again.
  • This critical phase after ignition is referred to generally and in the present application as takeover.
  • the energy needed for a successful takeover must be provided only a few microseconds after ignition for a period of about 300 ⁇ 8.
  • a trick circuit which consists of a boost capacitor, which is connected via a series resistor to the intermediate circuit voltage.
  • the boost capacitor of the trick circuit is charged during the pre-ignition via the series resistor, whereby the boost capacitor absorbs the energy required for the takeover. After ignition, the voltage breaks down through the arc, releasing the energy stored in the boost capacitor over a period of approximately 300 ⁇ 8.
  • an electronic ballast is described, which is electrically connected to a high-pressure discharge lamp and a power source.
  • the described electronic ballast comprises a power source control circuit electrically connected to the power source for driving the power source, supplying electrical power to the electronic ballast, a DC-DC converter circuit electrically connected to the power source, and a first transformer and a low-voltage switching element, a microprocessor electrically connected to each of the current source control circuit and the low-voltage switching element in the DC-DC converter circuit, a full-bridge circuit electrically connected to the DC-DC converter circuit and the microprocessor, respectively, and an ignition circuit, which has a low-frequency voltage doubler rectifier circuit electrically connected to the full bridge circuit, an energy storage capacitor, a spark gap and a second transformer electrically connected to the HID lamp.
  • the microprocessor when the current is turned on by the current source control circuit, the microprocessor outputs a low-frequency pulse-width-modulated signal to the low-voltage switching element, and the first transformer of the DC-DC converter circuit then outputs a DC voltage of medium height.
  • the full-bridge circuit converts the intermediate-level DC voltage supplied by the DC-DC converter circuit into a low-frequency AC voltage.
  • the low-frequency voltage doubling rectifier circuit receives the low-frequency rectangular pulse supplied from the full-bridge circuit and outputs a high DC voltage to charge the energy storage capacitor, in which case that the
  • Energy storage capacitor is charged so that the ignition voltage of the spark gap is exceeded, the spark gap is turned on and a resulting high voltage, which is induced in the secondary winding of the second transformer, the HID lamp ignites.
  • the electronic ballast according to the invention for a gas discharge lamp with the features of independent claim 1 has the advantage over the prior art that during the pre-ignition phase the desired high intermediate circuit voltage is regulated, so that the collapse of the intermediate After the ignition of the gas discharge lamp, the circuit voltage automatically leads to a positive control reaction.
  • This regulator reaction leads to an increase in the transmitted energy after ignition.
  • the essence of the invention is the elimination of components and takeover of the tasks of the omitted components by existing components.
  • the evaluation and control unit for implementing the voltage regulation is preferably carried out as a digital signal processor. Alternatively, the evaluation and control unit can also be designed as a fast analog controller. As a result, the control speed can advantageously be carried out sufficiently quickly and adapted to the lamp and system properties.
  • Embodiments of the present invention allow for the elimination or at least a reduction in the size of the boost capacitor. Furthermore, embodiments of the present invention allow for power dissipation and elimination of power resistances. Due to the higher efficiency of the control according to the invention, the boost capacity can be comparatively smaller than in the conventional methods. Another advantage of this circuit is that the boost circuit can be switched off temporarily or permanently, which is particularly advantageous in the commutation phase.
  • the controller behavior according to the invention already ensures before the actual detection of the ignition and the possibly necessary switching of the ignition
  • Regulator behavior for the desired behavior immediately after the ignition of the gas discharge lamp In circuit topologies that ignite spontaneously and independently when the conditions are met, the exact ignition timing can not be predetermined or controlled. Therefore, it is particularly important for these topologies that the control behavior automatically leads to a correct reaction at the ignition point. Furthermore, the control speed is chosen so large that a reasonably fast response to the ignition can take place, even without really knowing the ignition or changing the control strategy. If the intermediate circuit voltage is regulated in the pre-ignition phase, a high control speed can be used. Immediately after ignition, the fast regulator ensures the collapsing DC link voltage that the controller wants to maintain the voltage and readjusted accordingly. This behavior ensures that the duty cycle increases within a few microseconds and the energy needed to sustain the arc is quickly delivered. The actual required speed and the amount of energy to be provided are adapted to the respective system.
  • the flow control has more time to detect the ignition of the gas discharge lamp. This time can be used for more filtered signal acquisition of the flow control.
  • the lamp current must inevitably go through zero.
  • the arc in the gas discharge lamp must be rebuilt.
  • the average electrical operating performance of the gas discharge lamp and the external circumstances, such as vibration loads and changing the burner position quickly build a large lamp voltage through the DC-DC converter.
  • Embodiments of the present invention provide an electronic ballast for a gas discharge lamp, which has an evaluation and control unit, a DC-DC converter circuit which is electrically connected to a DC voltage source and has a first transformer and a first switching element which controls the evaluation and control unit via a pulse width modulation, and a full bridge circuit comprises, whose inputs are electrically connected to the DC-DC converter circuit and whose outputs are electrically connected to an ignition circuit comprising a spark gap for generating an arc current and a second transformer.
  • the evaluation and control unit detects an intermediate circuit voltage at a first input of the full bridge circuit and controls it during a Vorzündphase via the pulse width modulation of the first switching element in the DC-DC converter circuit to a predetermined high value, which for igniting the spark gap and generating the spark gap sufficient.
  • the evaluation and control unit controls after the ignition of the gas discharge lamp collapsing DC link voltage at the first input of the full bridge circuit by increasing the duty cycle of the
  • Pulse width modulation of the first switching element in the DC-DC converter circuit within a predetermined period of time and provides the energy to maintain the flow of current through the gas discharge lamp available. Thereby, the arc generated in the gas discharge lamp can be maintained.
  • the measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 electronic ballast for a gas discharge lamp are possible. It is particularly advantageous that the predetermined period of time for readjusting the intermediate circuit voltage at the first input of the full bridge circuit is in the range of 1 to 5 s. As a result, a sufficiently fast control process can be implemented to provide the energy required to maintain the current flow through the gas discharge lamp or arc in the gas discharge lamp after ignition.
  • a voltage detected at a second input of the full bridge circuit via a shunt resistor can be evaluated for determining the current flow through the gas discharge lamp.
  • the control behavior can be improved in an advantageous manner.
  • an analog-to-digital converter in the evaluation and control unit can convert the detected analog values of the voltages at the inputs of the full-bridge circuit into corresponding digital values within 500ns. This fast analog-to-digital conversion enables the desired control speed to be implemented.
  • the DC-DC converter circuit can comprise as an additional energy store a boost capacitor with an additional circuit, which provides a part of the energy for maintaining the current flow through the gas discharge lamp.
  • the additional circuit may include a second switching element, which controls the evaluation and control unit to bridge a connected in series with the boost capacitor series resistance.
  • the evaluation and control unit switches the second switching element in the Vorzündphase and Nachzündphase the gas discharge lamp to bridge the series resistance conductive and during a commutation of the gas discharge lamp, the evaluation and control unit switches the second switching element blocking to decouple the boost capacitor ,
  • the evaluation and control unit switches the second switching element blocking to decouple the boost capacitor .
  • the additional circuit may comprise a second switching element, which controls the evaluation and control unit to switch an additional inductance in series with the boost capacitor.
  • the evaluation and control unit switches the second switching element in the Nachzündphase over a predetermined period of time with a predetermined frequency alternately conductive and blocking.
  • the additional inductance allows the energy for the takeover to be used selectively when needed. This is achieved by turning the power transistor on and off for a specific duration and frequency.
  • the predetermined period of time is, for example, in the range of 1 to 5 ms
  • the predetermined frequency is, for example, in the range of 10 to 100 kHz.
  • the DC-DC converter circuit can be operated as a quasi-resonant converter with a variable in the range of 250 to 1000kHz frequency.
  • the output signal of the first switching element can be detected and evaluated.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of an electronic ballast for a gas discharge lamp according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of an ignition circuit with a gas discharge lamp, which is controlled by the electronic ballast according to the invention from FIG. 1.
  • 3 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of an additional circuit for the electronic ballast according to the invention from FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a second exemplary embodiment of an additional circuit for the electronic ballast according to the invention from FIG. 1.
  • the boost capacitor is charged via the series resistor during the pre-ignition phase, whereby the boost capacitor is used for the takeover takes up required energy.
  • the voltage breaks down through the arc, releasing the energy stored in the boost capacitor over a period of approximately 300 ⁇ 8. Since the energy is only available for a limited time, during this time, the controller of the DC-DC converter must prepare for the supply of energy for permanent operation of the gas discharge lamp.
  • the series resistor decouples the boost capacitor during the commutation phase, reduces the takeover current to protect the gas discharge lamp, and extends the period of time within which energy can be provided.
  • the main advantage of the trick circuit is that the energy stored in the boost capacitor can be provided at the right time and quickly without the help of intelligence and that a relatively long reaction time of the regulator to the ignition is sufficient.
  • the boost capacitor typically loads the transducer, thereby extending the pre-ignition phase.
  • the charging current for the boost capacitor flows through the series resistor, causing large losses.
  • the energy required for the takeover requires a large and expensive con- capacitor ahead.
  • the discharge of the boost capacitor takes place in a relatively short period of about 300 ⁇ 8, resulting in very large unwanted losses in the series resistance, which must be considered in the dimensioning.
  • the boost capacitor slows the voltage rise during commutation in commutated gas discharge lamps. This can cause the arc to extinguish in the burner of the gas discharge lamp under certain conditions.
  • the energy of the boost capacitor is not detected by the controller and can lead to an inverse behavior in case of unfavorable controller design.
  • the ignition circuit 20 comprises a spark gap 22 for generating an arc current, a gas discharge lamp 24 and a second transformer 26.
  • a primary coil 26.1 of the second transformer 26 is connected to the spark gap 22 and a secondary coil 26.2 of the second transformer 26 is electrically connected to the gas discharge lamp 24.
  • the spark gap 22 ignites upon reaching an ignition voltage and generates an arc current which induces a high voltage pulse for igniting the gas discharge lamp 24 in the secondary coil 26.2 of the second transformer 26, the gas discharge lamp 24 after ignition with energy to maintain the current flow or the arc becomes.
  • a filter 9 is inserted against electromagnetic interference, which comprises a filter inductance L1 and a filter capacitance C1.
  • the first transformer 5.1 of the DC-DC converter comprised a primary winding N1 and two secondary windings N2 and N3, of which a first secondary winding N2 via a Rectifier circuit D1 and an additional energy storage 14, 14 'to the full bridge circuit 30, and a second secondary winding N3 is connected to a circuit 7 for generating an auxiliary voltage ZH.
  • the auxiliary circuit 7 comprises three capacitors C2, C3 and C4 and two diodes D2, D3, which are connected in the manner shown.
  • the full-bridge circuit 30 comprises four switching transistors T2, T3, T4 and T5, preferably designed as MOSFETs.
  • the ignition circuit 20 comprises, in addition to the spark gap 22 for generating the arc current, the second transformer 26 and the gas discharge lamp 24, an energy store C5 in the form of a capacitor and a discharge resistor R2, via which the energy store C5 follows the ignition of the gas discharge lamp 24 can be completely discharged.
  • the energy store C5 is charged by the ignition voltage Z + at a first output of the full bridge circuit 30 and the auxiliary voltage ZH generated by the auxiliary circuit 7 to a high DC voltage in the range of about 700 to 1000V.
  • the evaluation and control unit 10 detects the intermediate circuit voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30 and regulates this during a Vorzündphase via the pulse width modulation of the first switching element T1 in the DC-DC converter circuit 5 to a predetermined high value, at the same time the additional boost capacitor C in the additional energy storage 14, 14 'is charged to the intermediate circuit voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30. If the energy storage C5 is charged in the ignition circuit 20 so far that the ignition voltage of the spark gap 22 is exceeded, then ignites the spark gap 22 and generates an arc with a large current flowing through the primary winding 26.1 of the second transformer 26. This will be in the
  • Secondary winding 26.2 of the second transformer 26 induces a high voltage pulse in the range of about 26kV, which ionizes metals and gases inside the gas discharge lamp 24, causing a visible arc current flow in the gas discharge lamp 24 is generated and emitted light to the outside.
  • the evaluation and control unit 10 detects the DC link voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30 and controls it during a Vorzündphase via the pulse width modulation of the first switching element T1 in the DC-DC converter circuit 5 to a predetermined high value, which for igniting the Spark gap 22 and sufficient to generate the arc current.
  • the evaluation and control unit 10 regulates the collapsed DC link voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30 by increasing the duty cycle of the pulse width modulation of the first switching element T1 in the DC-DC converter circuit 5 within a predetermined period of time thereby the energy for maintaining the flow of current through the gas discharge lamp 24 is available.
  • the evaluation and control unit 10 is designed to implement the voltage control as a digital signal processor, which is selected so that the predetermined time span for readjusting the DC link voltage Z1 at the first input of
  • Full bridge circuit 30 is preferably in the range of 1 to 5 s.
  • the evaluation and control unit 10 detects a further voltage Z2 at a second input of the full-bridge circuit 30 via a shunt resistor R1 and evaluates it to determine the
  • An analog-to-digital converter not shown in the evaluation and control unit 10, is designed so that the analog values of the voltages Z1, Z2 detected at the inputs of the full-bridge circuit 30 can be converted into corresponding digital values within 500ns.
  • the DC-DC converter circuit 5 in the illustrated exemplary embodiment comprises the boost capacitor C with the additional circuit 14.1, 14.1 'as an additional energy store 14, 14'.
  • the additional energy storage 14, 14 ' provides part of the energy for maintaining the flow of current through the gas discharge lamp 24 directly after the ignition process.
  • the additional circuit 14. 1 in a first exemplary embodiment comprises a second switching element T designed as a MOSFET, which activates the evaluation and control unit 10 in order to produce a
  • the evaluation and control unit 10 switches the second switching element T in the pre-ignition phase and in the Nachzündphase the gas discharge lamp 24 to bridge the series resistor R conductive to reduce the power loss. During a commutation phase of the gas discharge lamp 24, the evaluation and control unit 10 switches the second switching element blocking to decouple the boost capacitor C from the intermediate circuit voltage Z1 at the input of the full bridge circuit 30.
  • the additional circuit 14.1 'in a second exemplary embodiment likewise comprises a second switching element T designed as a MOSFET, which activates the evaluation and control unit 10 in order to provide an additional inductance L in series with the boost capacitor C. turn.
  • the evaluation and control unit 10 switches the second switching element T in the Nachzündphase over a predetermined period of time with a predetermined frequency alternately conductive and blocking to provide additional energy to maintain the current flow through the gas discharge lamp 24 after the ignition phase.
  • the predetermined period of time is preferably in the range of 1 to 5 ms
  • the predetermined frequency is preferably in the range of 400 to 600 kHz.
  • the DC-DC converter circuit 5 can be operated in conjunction with the evaluation and control unit 10 as a quasi-resonant converter with a variable in the range of 250 to 1000kHz frequency.
  • the evaluation and control unit 10 additionally detects an output signal of the first switching element T1 in order to obtain an accurate value for the frequency of the
  • Embodiments of the present invention provide an electronic ballast for a gas discharge lamp, by which the power loss can be reduced.
  • the boost capacitance may be comparatively smaller than in the case of known electronic ballasts, or even completely eliminated.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

The invention relates to an electronic ballast (1) for a gas discharge lamp (24) with an evaluation and control unit (10), a DC-to-DC converter circuit (5), which is electrically connected to a DC voltage source (3) and has a first transformer (5.1) and a first switching element (T1), which actuates the evaluation and control unit (10) via pulse width modulation, and a full-bridge circuit (30), whose inputs (Z1, Z2) are electrically connected to the DC-to-DC converter circuit (5), and whose outputs (Z-, Z+) are electrically connected to a starting circuit (20), which comprises a spark gap (22) for producing an arcing current and a second transformer (26), wherein a primary coil (26.1) of the second transformer (26) is electrically connected to the spark gap (22), and a secondary coil (26.2) of the second transformer (26) is electrically connected to the gas discharge lamp (24), wherein the spark gap (22) is struck when a starting voltage is reached and an arcing current is produced, which induces a high-voltage pulse for starting the gas discharge lamp (24) in the secondary coil (26.2) of the second transformer (26), wherein the gas discharge lamp (24), after starting, is supplied energy for maintaining the current flow. According to the invention, the evaluation and control unit (10) detects an intermediate circuit voltage (Z1) at a first input of the full-bridge circuit (30) and regulates this intermediate circuit voltage during a prestarting phase via the pulse width modulation of the first switching element (T1) in the DC-to-DC converter circuit (5) to a predetermined value, which is sufficient for striking the spark gap (22) and for producing the arcing current, wherein the evaluation and control unit (10), after starting of the gas discharge lamp (24), adjusts the collapsing intermediate circuit voltage (Z1) at the first input of the full-bridge circuit (30) by increasing the switch-on duration of the pulse width modulation of the first switching element (T1) in the DC-to-DC converter circuit (5) within a predetermined time period and makes available the energy for maintaining the current flow through the gas discharge lamp (24).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Elektronisches Vorschaltgerat für eine Gasentladungslampe Stand der Technik  Electronic ballast for a gas discharge lamp prior art
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Vorschaltgerat für eine Gasentladungslampe nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. The invention relates to an electronic ballast for a gas discharge lamp according to the preamble of independent claim 1.
Zum Betrieb von Gasentladungslampen ist ein elektronisches Vorschaltgerat erforderlich, welches die zur Zündung und zum Betrieb notwendigen Spannungen und Ströme bereitstellt. Die Zündung der Gasentladungslampe erfolgt typischerweise mit einer sehr hohen Spannung im Bereich von 20 bis 25kV, um einen Lichtbogen zwischen den Elektroden der Gasentladungslampe zu erzeugen. Unmittelbar nach diesem Zündvorgang, ist es äußerst wichtig, dass der Lichtbogen nicht wieder erlischt. Deshalb muss das Vorschaltgerät unmittelbar nach der Zündung ausreichend Energie zur Verfügung stellen, um den Stromfluss in Form des Lichtbogens aufrechtzuerhalten. Misslingt dies, verlischt der Lichtbogen und der Brenner muss erneut gezündet werden. Diese kritische Phase nach der Zündung wird im Allgemeinen und in der vorliegenden Anmeldung mit Takeover bezeichnet. Die für ein erfolgreiches Takeover benötigte Energie muss nur wenige Mikrosekunden nach der Zündung für einen Zeitraum von etwa 300μ8 zur Verfügung gestellt werden. Deshalb wird heutzutage in vielen Vorschaltgeräten eine Trickschaltung verwendet, welche aus einem Boost-Kondensator besteht, der über einen Serienwiderstand an der Zwischenkreisspannung angeschlossen ist. Der Boost-Kondensator der Trickschaltung wird während der Vorzündphase über den Serienwiderstand aufgeladen, wodurch der Boost-Kondensator die für das Takeover erforderliche Energie aufnimmt. Nach der Zündung bricht die Spannung durch den Lichtbogen zusammen, wodurch die im Boost-Kondensator gespeicherte Energie über einen Zeitraum von ca. 300μ8 abgegeben wird. In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 006 444 U1 wird ein elektronisches Vorschaltgerät beschrieben, welches mit einer Hochdruck-Entladungslampe und einer Stromquelle elektrisch verbunden ist. Das beschriebene elektronische Vorschaltgerät umfasst eine Stromquellensteuerschaltung, welche mit der Strom- quelle elektrisch verbunden ist, um die Stromquelle anzusteuern, das elektronische Vorschaltgerät mit elektrischer Energie zu versorgen, eine DC-DC- Wandlerschaltung, welche mit der Stromquelle elektrisch verbunden ist und einen ersten Transformator und ein Niederspannungsschaltelement aufweist, einen Mikroprozessor, welcher jeweils mit der Stromquellensteuerschaltung und dem Niederspannungsschaltelement in der DC-DC-Wandlerschaltung elektrisch verbunden ist, eine Vollbrückenschaltung, welche jeweils mit der DC-DC- Wandlerschaltung und dem Mikroprozessor elektrisch verbunden ist, und eine Zündschaltung, welche eine mit der Vollbrückenschaltung elektrisch verbundene niederfrequente Spannungsverdopplungs-Gleichrichterschaltung, einen Energie- speicherkondensator, eine Funkenstrecke und einen mit der Hl D-Lampe elektrisch verbundenen zweiten Transformator aufweist. Hierbei gibt der Mikroprozessor beim Einschalten des Stroms durch die Stromquellensteuerschaltung ein niederfrequentes pulsbreitenmoduliert.es Signal an das Niederspannungsschaltelement ab und der erste Transformator der DC-DC-Wandlerschaltung gibt dann ei- ne Gleichspannung von mittlerer Höhe aus. Die Vollbrückenschaltung wandelt die von der DC-DC-Wandlerschaltung gelieferte Gleichspannung mittlerer Höhe in eine niederfrequente Wechselspannung um. Die niederfrequente Spannungs- verdopplungs-Gleichrichterschaltung empfängt den von der Vollbrückenschaltung gelieferten niederfrequenten Rechteckimpuls und gibt eine hohe Gleichspannung ab, um den Energiespeicherkondensator zu laden, wobei in dem Fall, dass derFor the operation of gas discharge lamps, an electronic Vorschaltgerat is required, which provides the necessary for ignition and operation voltages and currents. The ignition of the gas discharge lamp is typically at a very high voltage in the range of 20 to 25 kV to generate an arc between the electrodes of the gas discharge lamp. Immediately after this ignition, it is extremely important that the arc does not go out again. Therefore, immediately after ignition, the ballast must provide sufficient energy to sustain the current flow in the form of the arc. If this fails, the arc extinguishes and the burner has to be ignited again. This critical phase after ignition is referred to generally and in the present application as takeover. The energy needed for a successful takeover must be provided only a few microseconds after ignition for a period of about 300μ8. Therefore, today in many ballasts a trick circuit is used, which consists of a boost capacitor, which is connected via a series resistor to the intermediate circuit voltage. The boost capacitor of the trick circuit is charged during the pre-ignition via the series resistor, whereby the boost capacitor absorbs the energy required for the takeover. After ignition, the voltage breaks down through the arc, releasing the energy stored in the boost capacitor over a period of approximately 300μ8. In the utility model DE 20 2006 006 444 U1 an electronic ballast is described, which is electrically connected to a high-pressure discharge lamp and a power source. The described electronic ballast comprises a power source control circuit electrically connected to the power source for driving the power source, supplying electrical power to the electronic ballast, a DC-DC converter circuit electrically connected to the power source, and a first transformer and a low-voltage switching element, a microprocessor electrically connected to each of the current source control circuit and the low-voltage switching element in the DC-DC converter circuit, a full-bridge circuit electrically connected to the DC-DC converter circuit and the microprocessor, respectively, and an ignition circuit, which has a low-frequency voltage doubler rectifier circuit electrically connected to the full bridge circuit, an energy storage capacitor, a spark gap and a second transformer electrically connected to the HID lamp. Here, when the current is turned on by the current source control circuit, the microprocessor outputs a low-frequency pulse-width-modulated signal to the low-voltage switching element, and the first transformer of the DC-DC converter circuit then outputs a DC voltage of medium height. The full-bridge circuit converts the intermediate-level DC voltage supplied by the DC-DC converter circuit into a low-frequency AC voltage. The low-frequency voltage doubling rectifier circuit receives the low-frequency rectangular pulse supplied from the full-bridge circuit and outputs a high DC voltage to charge the energy storage capacitor, in which case that the
Energiespeicherkondensator so aufgeladen wird, dass die Zündspannung der Funkenstrecke überschritten wird, die Funkenstrecke angeschaltet wird und eine resultierende hohe Spannung, welche in der Sekundärwicklung des zweiten Transformators induziert wird, die HID-Lampe zündet. Energy storage capacitor is charged so that the ignition voltage of the spark gap is exceeded, the spark gap is turned on and a resulting high voltage, which is induced in the secondary winding of the second transformer, the HID lamp ignites.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegen- über den Vorteil, dass während der Vorzündphase auf die gewünschte hohe Zwi- schenkreisspannung geregelt wird, so dass das Zusammenbrechen der Zwi- schenkreisspannung nach der Zündung der Gasentladungslampe automatisch zu einer positiven Reglerreaktion führt. Diese Reglerreaktion führt zu einer Erhöhung der übertragenen Energie nach der Zündung. Der Kern der Erfindung besteht in der Eliminierung von Bauelementen und Übernahme der Aufgaben der weggelassenen Bauteile durch bereits vorhandene Bauteile. Die Auswerte- und Steuereinheit zur Umsetzung der Spannungsregelung wird vorzugsweise als digitalen Signalprozessor ausgeführt. Alternativ kann die Auswerte- und Steuereinheit auch als schneller analoger Regler ausgeführt werden. Dadurch kann die Regelgeschwindigkeit in vorteilhafter Weise ausreichend schnell ausgeführt und an die Lampen- und Systemeigenschaften ange- passt werden. The electronic ballast according to the invention for a gas discharge lamp with the features of independent claim 1 has the advantage over the prior art that during the pre-ignition phase the desired high intermediate circuit voltage is regulated, so that the collapse of the intermediate After the ignition of the gas discharge lamp, the circuit voltage automatically leads to a positive control reaction. This regulator reaction leads to an increase in the transmitted energy after ignition. The essence of the invention is the elimination of components and takeover of the tasks of the omitted components by existing components. The evaluation and control unit for implementing the voltage regulation is preferably carried out as a digital signal processor. Alternatively, the evaluation and control unit can also be designed as a fast analog controller. As a result, the control speed can advantageously be carried out sufficiently quickly and adapted to the lamp and system properties.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen den Entfall oder zumindest eine Reduzierung der Größe des Boost-Kondensators. Des Weiteren ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Einsparung von Verlustleistung und einen Entfall von Leistungswiderständen. Durch die höhere Effizienz der erfindungsgemäßen Regelung kann die Boost-Kapazität vergleichsweise kleiner als bei den gängigen Verfahren ausfallen. Ein weiterer Vor- teil dieser Schaltung besteht darin, dass die Boost-Schaltung zeitweise oder permanent abgeschaltet werden kann, was insbesondere in der Kommutierungsphase vorteilhaft ist. Embodiments of the present invention allow for the elimination or at least a reduction in the size of the boost capacitor. Furthermore, embodiments of the present invention allow for power dissipation and elimination of power resistances. Due to the higher efficiency of the control according to the invention, the boost capacity can be comparatively smaller than in the conventional methods. Another advantage of this circuit is that the boost circuit can be switched off temporarily or permanently, which is particularly advantageous in the commutation phase.
Somit sorgt das erfindungsgemäße Reglerverhalten schon vor der eigentlichen Erkennung der Zündung und der gegebenenfalls erforderlichen Umschaltung desThus, the controller behavior according to the invention already ensures before the actual detection of the ignition and the possibly necessary switching of the ignition
Reglerverhaltens für das erwünschte Verhalten unmittelbar nach der Zündung der Gasentladungslampe. Bei Schaltungstopologien, die spontan und selbständig zünden, wenn die Bedingungen erfüllt sind, kann der exakte Zündzeitpunkt nicht vorherbestimmt oder gesteuert werden. Deshalb ist es besonders für diese Topologien wichtig, dass das Regelverhalten im Zündzeitpunkt automatisch zu einer richtigen Reaktion führt. Des Weiteren ist die Regelgeschwindigkeit so groß gewählt, dass eine angemessen schnelle Reaktion auf die Zündung erfolgen kann, auch ohne die Zündung wirklich zu erkennen oder die Regelstrategie zu ändern. Wenn in der Vorzündphase die Zwischenkreisspannung geregelt wird, kann mit einer großen Regelgeschwindigkeit gearbeitet werden. Unmittelbar nach der Zündung sorgt der schnelle Regler durch die zusammenbrechende Zwischenkreisspannung dafür, dass der Regler die Spannung aufrechterhalten will und entsprechend nachregelt. Dieses Verhalten sorgt innerhalb von wenigen Mikrosekunden dafür, dass der Duty-Cycle zunimmt und die notwendige Energie zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens schnell bereitgestellt wird. Die tatsächlich erforderliche Geschwindigkeit und die bereitzustellende Energiemenge werden auf das jeweilige System angepasst. Regulator behavior for the desired behavior immediately after the ignition of the gas discharge lamp. In circuit topologies that ignite spontaneously and independently when the conditions are met, the exact ignition timing can not be predetermined or controlled. Therefore, it is particularly important for these topologies that the control behavior automatically leads to a correct reaction at the ignition point. Furthermore, the control speed is chosen so large that a reasonably fast response to the ignition can take place, even without really knowing the ignition or changing the control strategy. If the intermediate circuit voltage is regulated in the pre-ignition phase, a high control speed can be used. Immediately after ignition, the fast regulator ensures the collapsing DC link voltage that the controller wants to maintain the voltage and readjusted accordingly. This behavior ensures that the duty cycle increases within a few microseconds and the energy needed to sustain the arc is quickly delivered. The actual required speed and the amount of energy to be provided are adapted to the respective system.
Durch die oben beschriebene Regelstrategie und Regelgeschwindigkeit wird Zeit für die Zünderkennung gewonnen. Da der Regler unmittelbar nach der Zündung sich korrekt verhält, hat die Ablaufsteuerung mehr Zeit für die Erkennung der Zündung der Gasentladungslampe. Diese Zeit kann für eine stärker gefilterte Signalerfassung der Ablaufsteuerung genutzt werden. Außerdem ist es möglich, mehrere Signale zu beobachten und zu plausibilisieren, um alle Fälle während der Zündung der Gasentladungslampe sicher zu erkennen. Wurde die Zündung der Gasentladungslampe sicher erkannt, dann kann die Ablaufsteuerung der Auswerte- und Steuereinheit die Regelstrategie oder wichtige Regelparameter auf den geänderten Status anpassen. By the above-described control strategy and control speed time is gained for the ignition detection. Since the regulator behaves correctly immediately after ignition, the flow control has more time to detect the ignition of the gas discharge lamp. This time can be used for more filtered signal acquisition of the flow control. In addition, it is possible to observe and plausibility check several signals to reliably detect all cases during the ignition of the gas discharge lamp. If the ignition of the gas discharge lamp has been reliably detected, then the sequence control of the evaluation and control unit can adapt the control strategy or important control parameters to the changed status.
Während der Kommutierung muss der Lampenstrom zwangsläufig durch Null gehen. Damit sich die Stromrichtung tatsächlich umkehrt, muss der Lichtbogen in der Gasentladungslampe erneut aufgebaut werden. Dazu ist, je nach Lebensdauer des Brenners der Gasentladungslampe, der mittleren elektrischen Betriebsleistung der Gasentladungslampe und der äußeren Umstände, wie beispielsweise Vibrationsbelastungen und Veränderung der Brennerlage, schnell eine große Lampenspannung durch den DC-DC-Wandler aufzubauen. In dieser Phase ist es wünschenswert, die kapazitive Belastung des Zwischenkreises möglichst gering zu halten. Durch die Verkleinerung bzw. den vollständigen Entfall der Boost-Kapazität kann diese Anforderung durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in idealer Weise erfüllt werden. During commutation, the lamp current must inevitably go through zero. In order for the current direction to actually reverse, the arc in the gas discharge lamp must be rebuilt. For this purpose, depending on the life of the burner of the gas discharge lamp, the average electrical operating performance of the gas discharge lamp and the external circumstances, such as vibration loads and changing the burner position, quickly build a large lamp voltage through the DC-DC converter. In this phase, it is desirable to keep the capacitive load of the DC link as low as possible. By reducing or completely eliminating the boost capacitance, this requirement can be ideally met by embodiments of the present invention.
Auch in der Kommutierungssituation ist ein schneller Regler von Vorteil, welcher dafür sorgt, dass die Zwischenkreisspannung schnell wieder aufgebaut wird, um die spontane Wiederzündung des Brenners der Gasentladungslampe nach der Kommutierung zu unterstützen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein elektronisches Vor- schaltgerät für eine Gasentladungslampe zur Verfügung, welches eine Auswerte- und Steuereinheit, eine DC-DC-Wandlerschaltung, welche elektrisch mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und einen ersten Transformator und ein erstes Schaltelement aufweist, welches die Auswerte- und Steuereinheit über eine Pulsweitenmodulation ansteuert, und eine Vollbrückenschaltung umfasst, deren Eingänge mit der DC-DC-Wandlerschaltung elektrisch verbunden sind und deren Ausgänge elektrisch mit einer Zündschaltung verbunden sind, welche eine Funkenstrecke zur Erzeugung eines Lichtbogenstroms und einen zweiten Transformator umfasst. Hierbei ist eine Primärspule des zweiten Transformators mit der Funkenstrecke und eine Sekundärspule des zweiten Transformators mit der Gasentladungslampe elektrisch verbunden, wobei die Funkenstrecke bei Erreichen einer Zündspannung zündet und eine Lichtbogenstrom erzeugt, welche in der Sekundärspule des zweiten Transformator einen Hochspannungsimpuls zum Zünden der Gasentladungslampe induziert. Nach der Zündung ist die Gasentladungslampe mit Energie zur Erhaltung des Stromflusses versorgt. Erfindungsgemäß erfasst die Auswerte- und Steuereinheit eine Zwischenkreisspannung an einem ersten Eingang der Vollbrückenschaltung und regelt diese während einer Vorzündphase über die Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements in der DC-DC-Wandlerschaltung auf einen vorgegebenen hohen Wert, welcher zum Zünden der Funkenstrecke und zum Erzeugen der Funkenstrecke ausreicht. Hierbei regelt die Auswerte- und Steuereinheit nach der Zündung der Gasentladungslampe die zusammenbrechende Zwischenkreisspannung am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung durch Erhöhen der Einschaltdauer der Also in the commutation situation, a fast controller is advantageous, which ensures that the intermediate circuit voltage is quickly rebuilt in order to support the spontaneous reignition of the burner of the gas discharge lamp after commutation. Embodiments of the present invention provide an electronic ballast for a gas discharge lamp, which has an evaluation and control unit, a DC-DC converter circuit which is electrically connected to a DC voltage source and has a first transformer and a first switching element which controls the evaluation and control unit via a pulse width modulation, and a full bridge circuit comprises, whose inputs are electrically connected to the DC-DC converter circuit and whose outputs are electrically connected to an ignition circuit comprising a spark gap for generating an arc current and a second transformer. Here, a primary coil of the second transformer with the spark gap and a secondary coil of the second transformer with the gas discharge lamp is electrically connected, wherein the spark gap ignites upon reaching an ignition voltage and generates an arc current which induces a high voltage pulse for igniting the gas discharge lamp in the secondary coil of the second transformer. After ignition, the gas discharge lamp is supplied with energy to maintain the flow of current. According to the invention, the evaluation and control unit detects an intermediate circuit voltage at a first input of the full bridge circuit and controls it during a Vorzündphase via the pulse width modulation of the first switching element in the DC-DC converter circuit to a predetermined high value, which for igniting the spark gap and generating the spark gap sufficient. Here, the evaluation and control unit controls after the ignition of the gas discharge lamp collapsing DC link voltage at the first input of the full bridge circuit by increasing the duty cycle of the
Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements in der DC-DC- Wandlerschaltung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach und stellt die Energie zur Erhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe zur Verfügung. Dadurch kann der in der Gasentladungslampe erzeugte Lichtbogen aufrechterhalten werden. Pulse width modulation of the first switching element in the DC-DC converter circuit within a predetermined period of time and provides the energy to maintain the flow of current through the gas discharge lamp available. Thereby, the arc generated in the gas discharge lamp can be maintained.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen elektronischen Vorschaltgeräts für eine Gasentladungslampe möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass die vorgegebene Zeitspanne zum Nachregeln der Zwischenkreisspannung am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung im Bereich von 1 bis 5 s liegt. Dadurch kann ein ausreichend schneller Regelvorgang implementiert werden, um die erforderliche Energie zur Aufrechterhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe bzw. des Lichtbogens in der Gasentladungslampe nach der Zündung zur Verfügung zu stellen. The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 electronic ballast for a gas discharge lamp are possible. It is particularly advantageous that the predetermined period of time for readjusting the intermediate circuit voltage at the first input of the full bridge circuit is in the range of 1 to 5 s. As a result, a sufficiently fast control process can be implemented to provide the energy required to maintain the current flow through the gas discharge lamp or arc in the gas discharge lamp after ignition.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts kann eine an einem zweiten Eingang der Vollbrückenschaltung über einem Shunt- Widerstand erfasste Spannung zur Ermittlung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe ausgewertet werden. Durch die Bestimmung des Stromflusses kann das Regelverhalten in vorteilhafter Weise verbessert werden. In an advantageous embodiment of the ballast according to the invention, a voltage detected at a second input of the full bridge circuit via a shunt resistor can be evaluated for determining the current flow through the gas discharge lamp. By determining the current flow, the control behavior can be improved in an advantageous manner.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts kann ein Analog-Digital-Wandler in der Auswerte- und Steuereinheit die erfassten analogen Werte der Spannungen an den Eingängen der Vollbrückenschaltung innerhalb von 500ns in korrespondierende digitale Werte umwandeln. Durch diese schnelle Analog-Digital-Wandlung kann die gewünschte Regelgeschwindigkeit umgesetzt werden. In a further advantageous embodiment of the ballast according to the invention, an analog-to-digital converter in the evaluation and control unit can convert the detected analog values of the voltages at the inputs of the full-bridge circuit into corresponding digital values within 500ns. This fast analog-to-digital conversion enables the desired control speed to be implemented.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts kann die DC-DC-Wandlerschaltung als zusätzlichen Energiespeicher einen Boost-Kondensator mit einer Zusatzschaltung umfassen, welche einen Teil der Energie zur Erhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe zur Ver- fügung stellt. Bei einer möglichen Ausführungsform kann die Zusatzschaltung ein zweites Schaltelement umfassen, welches die Auswerte- und Steuereinheit ansteuert, um einen in Reihe zum Boost-Kondensator geschalteten Serienwiderstand zu überbrücken. Hierbei schaltet die Auswerte- und Steuereinheit das zweite Schaltelement in der Vorzündphase und in der Nachzündphase der Gas- entladungslampe zur Überbrückung des Serienwiderstands leitend und während einer Kommutierungsphase der Gasentladungslampe schaltet die Auswerte- und Steuereinheit das zweite Schaltelement sperrend, um den Boost-Kondensator zu entkoppeln. Dadurch kann während der Vorzündphase und der Nachzündphase der Gasentladungslampe die Verlustleistung reduziert werden, da kein Strom durch den Serienwiderstand fließt. Während der Kommutierungsphase ist der Serienwiderstand wirksam und entkoppelt den Boost-Kondensator, um die kapazitive Belastung des Zwischenkreises zu reduzieren. In a further advantageous embodiment of the ballast according to the invention, the DC-DC converter circuit can comprise as an additional energy store a boost capacitor with an additional circuit, which provides a part of the energy for maintaining the current flow through the gas discharge lamp. In one possible embodiment, the additional circuit may include a second switching element, which controls the evaluation and control unit to bridge a connected in series with the boost capacitor series resistance. In this case, the evaluation and control unit switches the second switching element in the Vorzündphase and Nachzündphase the gas discharge lamp to bridge the series resistance conductive and during a commutation of the gas discharge lamp, the evaluation and control unit switches the second switching element blocking to decouple the boost capacitor , As a result, during the pre-ignition phase and the post-ignition phase of the gas discharge lamp, the power loss can be reduced since no current flows through the series resistor. During the commutation phase is the Series resistor effective and decouples the boost capacitor to reduce the capacitive loading of the DC link.
Bei einer alternativen möglichen Ausführungsform kann die Zusatzschaltung ein zweites Schaltelement umfassen, welches die Auswerte- und Steuereinheit ansteuert, um eine Zusatzinduktivität in Reihe zum Boost-Kondensator zu schalten. Hierbei schaltet die Auswerte- und Steuereinheit das zweite Schaltelement in der Nachzündphase über eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vorgegebenen Frequenz abwechselnd leitend und sperrend. Die zusätzliche Induktivität ermöglicht, dass die Energie für das Takeover gezielt dann eingesetzt wird, wenn sie benötigt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Leistungstransistor für eine bestimmte Dauer und mit einer bestimmten Frequenz ein- und ausgeschaltet wird. Die vorgegebene Zeitdauer liegt beispielsweise im Bereich von 1 bis 5ms und die vorgegebene Frequenz liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 100kHz. In an alternative possible embodiment, the additional circuit may comprise a second switching element, which controls the evaluation and control unit to switch an additional inductance in series with the boost capacitor. Here, the evaluation and control unit switches the second switching element in the Nachzündphase over a predetermined period of time with a predetermined frequency alternately conductive and blocking. The additional inductance allows the energy for the takeover to be used selectively when needed. This is achieved by turning the power transistor on and off for a specific duration and frequency. The predetermined period of time is, for example, in the range of 1 to 5 ms, and the predetermined frequency is, for example, in the range of 10 to 100 kHz.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts kann die DC-DC-Wandlerschaltung als quasiresonanter Wandler mit einer im Bereich von 250 bis 1000kHz variablen Frequenz betrieben werden. Um einen genauen Wert für die Frequenz der Pulsweitenmodulation zu ermitteln, kann zusätzlich das Ausgangssignal des ersten Schaltelements erfasst und ausgewertet werden. In a further advantageous embodiment of the ballast according to the invention, the DC-DC converter circuit can be operated as a quasi-resonant converter with a variable in the range of 250 to 1000kHz frequency. In order to determine an exact value for the frequency of the pulse width modulation, in addition, the output signal of the first switching element can be detected and evaluated.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description. In the drawings, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts für eine Gasentladungslampe. Fig. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of an electronic ballast for a gas discharge lamp according to the invention.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Zündschaltung mit Gasentladungslampe, welche vom erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät aus Fig. 1 angesteuert wird. Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Zusatzschaltung für das erfindungsgemäße elektronische Vorschalt- gerät aus Fig. 1 . FIG. 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of an ignition circuit with a gas discharge lamp, which is controlled by the electronic ballast according to the invention from FIG. 1. 3 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of an additional circuit for the electronic ballast according to the invention from FIG. 1.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Zusatzschaltung für das erfindungsgemäße elektronische Vorschalt- gerät aus Fig. 1 . 4 shows a schematic block diagram of a second exemplary embodiment of an additional circuit for the electronic ballast according to the invention from FIG. 1.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Bei der eingangs erwähnten Trickschaltung, welche aus einem Boost- Kondensator besteht, der über einen Serienwiderstand an der Zwischenkreis- spannung angeschlossen ist, wird der Boost-Kondensator während der Vorzünd- phase über den Serienwiderstand aufgeladen, wodurch der Boost-Kondensator die für den Takeover erforderliche Energie aufnimmt. Nach der Zündung bricht die Spannung durch den Lichtbogen zusammen, wodurch die im Boost- Kondensator gespeicherte Energie über einen Zeitraum von ca. 300μ8 abgegeben wird. Da die Energie nur für eine begrenzte Zeit zur Verfügung steht, muss sich in dieser Zeit der Regler des DC-DC-Wandlers auf die Lieferung der Energie zum permanenten Betrieb der Gasentladungslampe vorbereiten. Der Serienwiderstand sorgt für eine Entkoppelung des Boost-Kondensators während der Kommutierungsphase, für eine Reduzierung des Takeover-Stromes zum Schutz der Gasentladungslampe und für eine Verlängerung des Zeitraumes, innerhalb dessen Energie zur Verfügung gestellt werden kann. In the trick circuit mentioned above, which consists of a boost capacitor which is connected to the DC link voltage via a series resistor, the boost capacitor is charged via the series resistor during the pre-ignition phase, whereby the boost capacitor is used for the takeover takes up required energy. After ignition, the voltage breaks down through the arc, releasing the energy stored in the boost capacitor over a period of approximately 300μ8. Since the energy is only available for a limited time, during this time, the controller of the DC-DC converter must prepare for the supply of energy for permanent operation of the gas discharge lamp. The series resistor decouples the boost capacitor during the commutation phase, reduces the takeover current to protect the gas discharge lamp, and extends the period of time within which energy can be provided.
Der wesentliche Vorteil der Trickschaltung besteht darin, dass die im Boost- Kondensator gespeicherte Energie ohne Zutun von Intelligenz zum richtigen Zeitpunkt und schnell zur Verfügung gestellt werden kann und, dass es eine relativ lange Reaktionszeit des Reglers auf die Zündung ausreichend ist. The main advantage of the trick circuit is that the energy stored in the boost capacitor can be provided at the right time and quickly without the help of intelligence and that a relatively long reaction time of the regulator to the ignition is sufficient.
Die Nachteile der Trickschaltung können darin gesehen werden, dass der Boost- Kondensator typischerweise den Wandler belastet, wodurch die Vorzündphase verlängert wird. Zudem fließt der Aufladestrom für den Boost-Kondensator über den Serienwiderstand, wodurch große Verluste verursacht werden. Des Weiteren setzt die für das Takeover erforderliche Energie einen großen und teuren Kon- densator voraus. Außerdem erfolgt die Entladung des Boost-Kondensators in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum von ca. 300μ8, wodurch sehr große ungewollte Verluste im Serienwiderstand entstehen, welche bei der Dimensionierung berücksichtigt werden müssen. Des Weiteren verlangsamt der Boost- Kondensator bei kommutierten Gasentladungslampen den Spannungsanstieg während der Kommutierung. Dadurch kann es unter bestimmten Bedingungen zum Verlöschen des Lichtbogens im Brenner der Gasentladungslampe kommen. Zudem wird die Energie des Boost-Kondensators nicht über den Regler erfasst und kann bei ungünstiger Reglerauslegung zu einem inversen Verhalten führen. The disadvantages of the trick circuit can be seen in that the boost capacitor typically loads the transducer, thereby extending the pre-ignition phase. In addition, the charging current for the boost capacitor flows through the series resistor, causing large losses. Furthermore, the energy required for the takeover requires a large and expensive con- capacitor ahead. In addition, the discharge of the boost capacitor takes place in a relatively short period of about 300μ8, resulting in very large unwanted losses in the series resistance, which must be considered in the dimensioning. Furthermore, the boost capacitor slows the voltage rise during commutation in commutated gas discharge lamps. This can cause the arc to extinguish in the burner of the gas discharge lamp under certain conditions. In addition, the energy of the boost capacitor is not detected by the controller and can lead to an inverse behavior in case of unfavorable controller design.
Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts 1 für eine Gasentladungslampe 24, eine Auswerte- und Steuereinheit 10 mit einer Treiber- und/oder Teilerschaltung 12, eine DC-DC-Wandlerschaltung 5, welche elektrisch mit einer Gleichspannungsquelle 3 verbunden ist und einen ersten Transformator 5.1 und ein erstes Schaltelement T1 aufweist, welches die Auswerte- und Steuereinheit 10 über eine Pulsweitenmodulation ansteuert, und eine Vollbrückenschaltung 30, deren Eingänge mit der DC-DC-Wandlerschaltung 5 elektrisch verbunden sind und deren Ausgänge elektrisch mit einer Zündschaltung 20 verbunden sind. Die Zündschaltung 20 umfasst eine Funkenstrecke 22 zur Erzeugung eines Lichtbogenstroms, eine Gasentladungslampe 24 und einen zweiten Transformator 26. Eine Primärspule 26.1 des zweiten Transformators 26 ist mit der Funkenstrecke 22 und eine Sekundärspule 26.2 des zweiten Transformators 26 ist mit der Gasentladungslampe 24 elektrisch verbunden. Hierbei zündet die Funkenstrecke 22 bei Erreichen einer Zündspannung und erzeugt einen Lichtbogenstrom, welcher in der Sekundärspule 26.2 des zweiten Transformator 26 einen Hochspannungsimpuls zum Zünden der Gasentladungslampe 24 induziert, wobei die Gasentladungslampe 24 nach der Zündung mit Energie zur Erhaltung des Stromflusses bzw. des Lichtbogens versorgt wird. As can be seen from FIGS. 1 to 4, the exemplary embodiment of an electronic ballast 1 according to the invention for a gas discharge lamp 24 comprises an evaluation and control unit 10 with a driver and / or divider circuit 12, a DC-DC converter circuit 5, which is electrically is connected to a DC voltage source 3 and has a first transformer 5.1 and a first switching element T1, which controls the evaluation and control unit 10 via a pulse width modulation, and a full bridge circuit 30 whose inputs are electrically connected to the DC-DC converter circuit 5 and their Outputs are electrically connected to an ignition circuit 20. The ignition circuit 20 comprises a spark gap 22 for generating an arc current, a gas discharge lamp 24 and a second transformer 26. A primary coil 26.1 of the second transformer 26 is connected to the spark gap 22 and a secondary coil 26.2 of the second transformer 26 is electrically connected to the gas discharge lamp 24. In this case, the spark gap 22 ignites upon reaching an ignition voltage and generates an arc current which induces a high voltage pulse for igniting the gas discharge lamp 24 in the secondary coil 26.2 of the second transformer 26, the gas discharge lamp 24 after ignition with energy to maintain the current flow or the arc becomes.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist zwischen der Gleichspannungsquelle 3, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Fahrzeugbatterie repräsentiert, ein Filter 9 gegen elektromagnetische Interferenz eingeschleift, welcher einen Filterinduktivität L1 und eine Filterkapazität C1 umfasst. Der erste Transformator 5.1 des DC-DC-Wandlers umfasste eine Primärwicklung N1 und zwei Sekundärwicklungen N2 und N3, von denen eine erste Sekundärwicklung N2 über eine Gleichrichterschaltung D1 und einen zusätzlichen Energiespeicher 14, 14' mit der Vollbrückenschaltung 30, und eine zweite Sekundärwicklung N3 mit einer Schaltung 7 zur Erzeugung einer Hilfsspannung ZH verbunden ist. Zur Erzeugung der Hilfsspannung ZH durch Erhöhen der von der zweiten Sekundärwicklung N3 ab- gegebenen Spannung umfasst die Hilfsschaltung 7 drei Kondensatoren C2, C3 und C4 und zwei Dioden D2, D3, welche auf die dargestellte Art und Weise verschaltet sind. Zur Erzeugung der Zündspannungen Z+ und Z- umfasst die Vollbrückenschaltung 30 vier vorzugsweise als MOSFETs ausgeführte Schalttransistoren T2, T3, T4 und T5. As can also be seen from FIG. 1, between the DC voltage source 3, which represents a vehicle battery in the illustrated exemplary embodiment, a filter 9 is inserted against electromagnetic interference, which comprises a filter inductance L1 and a filter capacitance C1. The first transformer 5.1 of the DC-DC converter comprised a primary winding N1 and two secondary windings N2 and N3, of which a first secondary winding N2 via a Rectifier circuit D1 and an additional energy storage 14, 14 'to the full bridge circuit 30, and a second secondary winding N3 is connected to a circuit 7 for generating an auxiliary voltage ZH. To generate the auxiliary voltage ZH by increasing the voltage delivered by the second secondary winding N3, the auxiliary circuit 7 comprises three capacitors C2, C3 and C4 and two diodes D2, D3, which are connected in the manner shown. To generate the ignition voltages Z + and Z-, the full-bridge circuit 30 comprises four switching transistors T2, T3, T4 and T5, preferably designed as MOSFETs.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die Zündschaltung 20 neben der Funkenstrecke 22 zur Erzeugung des Lichtbogenstroms, dem zweiten Transformator 26 und der Gasentladungslampe 24 einen Energiespeicher C5 in Form eines Kondensators und einen Entladungswiderstand R2, über den der Energie- Speicher C5 nach dem Zünden der Gasentladungslampe 24 vollständig entladen werden kann. Der Energiespeicher C5 wird durch die Zündspannung Z+ an einem ersten Ausgang der Vollbrückenschaltung 30 und die von der Hilfsschaltung 7 erzeugte Hilfsspannung ZH auf eine hohe Gleichspannung im Bereich von ca. 700 bis 1000V aufgeladen. Zur Erzeugung der Zündspannung Z+ am ersten Ausgang der Vollbrückenschaltung 30 erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 10 die Zwischenkreisspannung Z1 am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung 30 und regelt diese während einer Vorzündphase über die Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements T1 in der DC-DC-Wandlerschaltung 5 auf einen vorgegebenen hohen Wert, wobei gleichzeitig der zusätzliche Boost-Kondensator C im zusätzlichen Energiespeicher 14, 14' auf die Zwischenkreisspannung Z1 am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung 30 aufgeladen wird. Wenn der Energiespeicher C5 in der Zündschaltung 20 so weit aufgeladen ist, dass die Zündspannung der Funkenstrecke 22 überschritten ist, dann zündet die Funkenstrecke 22 und erzeugt einen Lichtbogen mit einem großen Strom, der durch die Primärwicklung 26.1 des zweiten Transformators 26 fließt. Dadurch wird in derAs is further apparent from FIG. 2, the ignition circuit 20 comprises, in addition to the spark gap 22 for generating the arc current, the second transformer 26 and the gas discharge lamp 24, an energy store C5 in the form of a capacitor and a discharge resistor R2, via which the energy store C5 follows the ignition of the gas discharge lamp 24 can be completely discharged. The energy store C5 is charged by the ignition voltage Z + at a first output of the full bridge circuit 30 and the auxiliary voltage ZH generated by the auxiliary circuit 7 to a high DC voltage in the range of about 700 to 1000V. To generate the ignition voltage Z + at the first output of the full bridge circuit 30, the evaluation and control unit 10 detects the intermediate circuit voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30 and regulates this during a Vorzündphase via the pulse width modulation of the first switching element T1 in the DC-DC converter circuit 5 to a predetermined high value, at the same time the additional boost capacitor C in the additional energy storage 14, 14 'is charged to the intermediate circuit voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30. If the energy storage C5 is charged in the ignition circuit 20 so far that the ignition voltage of the spark gap 22 is exceeded, then ignites the spark gap 22 and generates an arc with a large current flowing through the primary winding 26.1 of the second transformer 26. This will be in the
Sekundärwicklung 26.2 des zweiten Transformators 26 ein hoher Spannungsimpuls im Bereich von ca. 26kV induziert, welcher Metalle und Gase im Inneren der Gasentladungslampe 24 ionisiert, was dazu führt, dass ein Stromfluss mit sichtbarem Lichtbogen in der Gasentladungslampe 24 erzeugt und Licht nach außen abgegeben wird. Erfindungsgemäß erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 10 die Zwischenkreis- spannung Z1 am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung 30 und regelt diese während einer Vorzündphase über die Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements T1 in der DC-DC-Wandlerschaltung 5 auf einen vorgegebenen hohen Wert, welcher zum Zünden der Funkenstrecke 22 und zum Erzeugen des Lichtbogenstroms ausreicht. Nach der Zündung der Gasentladungslampe 24 regelt die Auswerte- und Steuereinheit 10 die zusammenbrechende Zwischenkreis- spannung Z1 am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung 30 durch Erhöhen der Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements T1 in der DC-DC-Wandlerschaltung 5 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach und stellt dadurch die Energie zur Erhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe 24 zur Verfügung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auswerte- und Steuereinheit 10 zur Umsetzung der Spannungsregelung als digitaler Signalprozessor ausgeführt, welcher so gewählt ist, dass die vorgegebene Zeit- spanne zum Nachregeln der Zwischenkreisspannung Z1 am ersten Eingang derSecondary winding 26.2 of the second transformer 26 induces a high voltage pulse in the range of about 26kV, which ionizes metals and gases inside the gas discharge lamp 24, causing a visible arc current flow in the gas discharge lamp 24 is generated and emitted light to the outside. According to the invention, the evaluation and control unit 10 detects the DC link voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30 and controls it during a Vorzündphase via the pulse width modulation of the first switching element T1 in the DC-DC converter circuit 5 to a predetermined high value, which for igniting the Spark gap 22 and sufficient to generate the arc current. After the ignition of the gas discharge lamp 24, the evaluation and control unit 10 regulates the collapsed DC link voltage Z1 at the first input of the full bridge circuit 30 by increasing the duty cycle of the pulse width modulation of the first switching element T1 in the DC-DC converter circuit 5 within a predetermined period of time thereby the energy for maintaining the flow of current through the gas discharge lamp 24 is available. In the illustrated embodiment, the evaluation and control unit 10 is designed to implement the voltage control as a digital signal processor, which is selected so that the predetermined time span for readjusting the DC link voltage Z1 at the first input of
Vollbrückenschaltung 30 bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 s liegt. Full bridge circuit 30 is preferably in the range of 1 to 5 s.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 10 an einem zweiten Eingang der Vollbrückenschaltung 30 über einem Shunt- Widerstand R1 eine weitere Spannung Z2 und wertet diese zur Ermittlung desAs can also be seen from FIG. 1, the evaluation and control unit 10 detects a further voltage Z2 at a second input of the full-bridge circuit 30 via a shunt resistor R1 and evaluates it to determine the
Stromflusses durch die Gasentladungslampe 24 aus. Ein in der Auswerte- und Steuereinheit 10 integrierter nicht dargestellter Analog-Digital-Wandler ist so ausgeführt, dass die analogen Werte der an den Eingängen der Vollbrückenschaltung 30 erfassten Spannungen Z1 , Z2 innerhalb von 500ns in korrespondie- rende digitale Werte umgewandelt werden können. Current flow through the gas discharge lamp 24 off. An analog-to-digital converter, not shown in the evaluation and control unit 10, is designed so that the analog values of the voltages Z1, Z2 detected at the inputs of the full-bridge circuit 30 can be converted into corresponding digital values within 500ns.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, umfasst die DC-DC-Wandlerschaltung 5 im dargestellten Ausführungsbeispiel als zusätzlichen Energiespeicher 14, 14' den Boost-Kondensator C mit der Zusatzschaltung 14.1 , 14.1 '. Der zusätzliche Ener- giespeicher 14, 14' stellt einen Teil der Energie zur Erhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe 24 direkt nach dem Zündvorgang zur Verfügung. As can also be seen from FIG. 1, the DC-DC converter circuit 5 in the illustrated exemplary embodiment comprises the boost capacitor C with the additional circuit 14.1, 14.1 'as an additional energy store 14, 14'. The additional energy storage 14, 14 'provides part of the energy for maintaining the flow of current through the gas discharge lamp 24 directly after the ignition process.
Wie aus Fig. 1 und 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die Zusatzschaltung 14.1 in einem ersten Ausführungsbeispiel ein als MOSFET ausgeführtes zweites Schalt- element T, welches die Auswerte- und Steuereinheit 10 ansteuert, um einen inAs can also be seen from FIGS. 1 and 3, the additional circuit 14. 1 in a first exemplary embodiment comprises a second switching element T designed as a MOSFET, which activates the evaluation and control unit 10 in order to produce a
Reihe zum Boost-Kondensator C geschalteten Serienwiderstand R zu überbrü- cken. Die Auswerte- und Steuereinheit 10 schaltet das zweite Schaltelement T in der Vorzündphase und in der Nachzündphase der Gasentladungslampe 24 zur Überbrückung des Serienwiderstands R leitend, um die Verlustleistung zu reduzieren. Während einer Kommutierungsphase der Gasentladungslampe 24 schal- tet die Auswerte- und Steuereinheit 10 das zweite Schaltelement sperrend, um den Boost-Kondensator C von der Zwischenkreisspannung Z1 am Eingang der Vollbrückenschaltung 30 zu entkoppeln. Series to Boost capacitor C connected series resistance R to be bridged CKEN. The evaluation and control unit 10 switches the second switching element T in the pre-ignition phase and in the Nachzündphase the gas discharge lamp 24 to bridge the series resistor R conductive to reduce the power loss. During a commutation phase of the gas discharge lamp 24, the evaluation and control unit 10 switches the second switching element blocking to decouple the boost capacitor C from the intermediate circuit voltage Z1 at the input of the full bridge circuit 30.
Wie aus Fig. 1 und 4 weiter ersichtlich ist, umfasst die Zusatzschaltung 14.1 ' in einem zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls ein als MOSFET ausgeführtes zweites Schaltelement T, welches die Auswerte- und Steuereinheit 10 ansteuert, um eine Zusatzinduktivität L in Reihe zum Boost-Kondensator C zu schalten. Die Auswerte- und Steuereinheit 10 schaltet das zweite Schaltelement T in der Nachzündphase über eine vorgegebenen Zeitdauer mit einer vorgegebenen Frequenz abwechselnd leitend und sperrend, um nach der Zündphase zusätzliche Energie zur Aufrechterhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe 24 zur Verfügung zu stellen. Hierbei liegt die vorgegebene Zeitdauer bevorzugt im Bereich von 1 bis 5ms, und die vorgegebene Frequenz liegt bevorzugt im Bereich von 400 bis 600kHz. As is further apparent from FIGS. 1 and 4, the additional circuit 14.1 'in a second exemplary embodiment likewise comprises a second switching element T designed as a MOSFET, which activates the evaluation and control unit 10 in order to provide an additional inductance L in series with the boost capacitor C. turn. The evaluation and control unit 10 switches the second switching element T in the Nachzündphase over a predetermined period of time with a predetermined frequency alternately conductive and blocking to provide additional energy to maintain the current flow through the gas discharge lamp 24 after the ignition phase. Here, the predetermined period of time is preferably in the range of 1 to 5 ms, and the predetermined frequency is preferably in the range of 400 to 600 kHz.
Zur weiteren Verbesserung des Regelverhaltens, kann die DC-DC- Wandlerschaltung 5 in Verbindung mit der Auswerte- und Steuereinheit 10 als quasiresonanter Wandler mit einer im Bereich von 250 bis 1000kHz variablen Frequenz betrieben werden. Zur Implementierung als quasiresonanter Wandler erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 10 zusätzlich ein Ausgangssignal des ersten Schaltelements T1 , um einen genauen Wert für die Frequenz der To further improve the control behavior, the DC-DC converter circuit 5 can be operated in conjunction with the evaluation and control unit 10 as a quasi-resonant converter with a variable in the range of 250 to 1000kHz frequency. For implementation as a quasi-resonant converter, the evaluation and control unit 10 additionally detects an output signal of the first switching element T1 in order to obtain an accurate value for the frequency of the
Pulsweitenmodulation zu ermitteln und die richtigen Triggerpunkte für die Schaltvorgänge zu ermitteln. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein elektronisches Vor- schaltgerät für eine Gasentladungslampe zur Verfügung, durch welches die Verlustleistung reduziert werden kann. Zudem kann durch die höhere Effizienz des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts die Boost-Kapazität vergleichsweise kleiner ausfallen als bei bekannten elektronischen Vorschaltgerä- ten, oder sogar ganz entfallen. Pulse width modulation to determine and determine the correct trigger points for the switching operations. Embodiments of the present invention provide an electronic ballast for a gas discharge lamp, by which the power loss can be reduced. In addition, due to the higher efficiency of the electronic ballast according to the invention, the boost capacitance may be comparatively smaller than in the case of known electronic ballasts, or even completely eliminated.

Claims

Ansprüche claims
1 . Elektronisches Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe mit einer Auswerte- und Steuereinheit (10), einer DC-DC-Wandlerschaltung (5), welche elektrisch mit einer Gleichspannungsquelle (3) verbunden ist und einen ersten Transformator (5.1 ) und ein erstes Schaltelement (T1 ) aufweist, welches die Auswerte- und Steuereinheit (10) über eine Pulsweitenmodulation ansteuert, und einer Vollbrückenschaltung (30), deren Eingänge mit der DC- DC-Wandlerschaltung (5) elektrisch verbunden sind und deren Ausgänge elektrisch mit einer Zündschaltung (20) verbunden sind, welche eine Funkenstrecke (22) zur Erzeugung eines Lichtbogenstroms und einen zweiten Transformator (26) umfasst, wobei eine Primärspule (26.1 ) des zweiten Transformators (26) mit der Funkenstrecke (22) und eine Sekundärspule (26.2) des zweiten Transformators (26) mit der Gasentladungslampe (24) elektrisch verbunden ist, wobei die Funkenstrecke (22) bei Erreichen einer Zündspannung zündet und einen Lichtbogenstrom erzeugt, welche in der Sekundärspule (26.2) des zweiten Transformator (26) einen Hochspannungsimpuls zum Zünden der Gasentladungslampe (24) induziert, wobei die Gasentladungslampe (24) nach der Zündung mit Energie zur Erhaltung des Stromflusses versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (10) eine Zwischenkreisspannung (Z1 ) an einem ersten Eingang der Vollbrückenschaltung (30) erfasst und während einer Vorzündpha- se über die Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements (T1 ) in der DC- DC-Wandlerschaltung (5) auf einen vorgegebenen hohen Wert regelt, welcher zum Zünden der Funkenstrecke (22) und zum Erzeugen des Lichtbogenstroms ausreicht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) nach der Zündung der Gasentladungslampe (24) die zusammenbrechende Zwischenkreisspannung (Z1 ) am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung (30) durch Erhöhen der Einschaltdauer der Pulsweitenmodulation des ersten Schaltelements (T1 ) in der DC-DC-Wandlerschaltung (5) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nachregelt und die Energie zur Erhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe (24) zur Verfügung stellt. 1 . Electronic ballast for a gas discharge lamp with an evaluation and control unit (10), a DC-DC converter circuit (5) which is electrically connected to a DC voltage source (3) and a first transformer (5.1) and a first switching element (T1) , which controls the evaluation and control unit (10) via a pulse width modulation, and a full bridge circuit (30) whose inputs are electrically connected to the DC-DC converter circuit (5) and whose outputs are electrically connected to an ignition circuit (20), which comprises a spark gap (22) for generating an arc current and a second transformer (26), wherein a primary coil (26.1) of the second transformer (26) with the spark gap (22) and a secondary coil (26.2) of the second transformer (26) the gas discharge lamp (24) is electrically connected, wherein the spark gap (22) ignites upon reaching an ignition voltage and generates an arc current which in the secondary coil (26.2) of the second transformer (26) induces a high-voltage pulse for igniting the gas discharge lamp (24), wherein the gas discharge lamp (24) is supplied with energy after ignition to maintain the current flow, characterized in that the evaluation and control unit (10) detects an intermediate circuit voltage (Z1) at a first input of the full bridge circuit (30) and during a Vorzündpha- se via the pulse width modulation of the first switching element (T1) in the DC-DC converter circuit (5) to a predetermined high value controls, which is sufficient for igniting the spark gap (22) and for generating the arc current, wherein the evaluation and control unit (10) after the ignition of the gas discharge lamp (24) the collapsing DC link voltage (Z1) at the first input of the full bridge circuit (30) by increasing the duty cycle of the pulse width modulation of the first switching element (T1) in the DC-DC converter circuit (5) inn readjusted within a predetermined period of time and provides the energy for maintaining the flow of current through the gas discharge lamp (24).
Vorschaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitspanne zum Nachregeln der Zwischenkreisspannung (Z1 ) am ersten Eingang der Vollbrückenschaltung (30) im Bereich von 1 bis 5 s liegt. Ballast according to claim 1, characterized in that the predetermined period of time for readjusting the intermediate circuit voltage (Z1) at the first input of the full bridge circuit (30) in the range of 1 to 5 s.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einem zweiten Eingang der Vollbrückenschaltung (30) über einem Shunt- Widerstand (R1 ) erfasste Spannung (Z2) zur Ermittlung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe (24) auswertbar ist. Ballast according to claim 1 or 2, characterized in that at a second input of the full bridge circuit (30) via a shunt resistor (R1) detected voltage (Z2) for determining the current flow through the gas discharge lamp (24) is evaluable.
Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analog-Digital-Wandler in der Auswerte- und Steuereinheit (10) die erfassten analogen Werte der Spannungen (Z1 , Z2) an den Eingängen der Vollbrückenschaltung (30) innerhalb von 500ns in korrespondierende digitale Werte umwandelt. Ballast according to one of claims 1 to 3, characterized in that an analog-to-digital converter in the evaluation and control unit (10) the detected analog values of the voltages (Z1, Z2) at the inputs of the full bridge circuit (30) within 500ns converted into corresponding digital values.
Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-DC-Wandlerschaltung (5) als zusätzlichen Energiespeicher (14, 14') einen Boost-Kondensator (C) mit einer Zusatzschaltung (14.1 , 14.1 ') umfasst, welche einen Teil der Energie zur Erhaltung des Stromflusses durch die Gasentladungslampe (24) zur Verfügung stellt. Ballast according to one of claims 1 to 4, characterized in that the DC-DC converter circuit (5) as an additional energy store (14, 14 ') comprises a boost capacitor (C) with an additional circuit (14.1, 14.1'), which a portion of the energy to maintain the flow of current through the gas discharge lamp (24) provides.
Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzschaltung (14.1 ) ein zweites Schaltelement (T) umfasst, welches die Auswerte- und Steuereinheit (10) ansteuert, um einen in Reihe zum Boost- Kondensator (C) geschalteten Serienwiderstand (R) zu überbrücken, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) das zweite Schaltelement (T) in der Vorzündphase und in der Nachzündphase der Gasentladungslampe (24) zur Überbrückung des Serienwiderstands (R) leitend schaltet und während einer Kommutierungsphase der Gasentladungslampe (24) sperrend schaltet, um den Boost-Kondensator (C) zu entkoppeln. Ballast according to claim 5, characterized in that the additional circuit (14.1) comprises a second switching element (T), which controls the evaluation and control unit (10) to a in series with the boost capacitor (C) connected series resistor (R) bridging, wherein the evaluation and control unit (10) the second switching element (T) in the Vorzündphase and Nachzündphase the gas discharge lamp (24) to bypass the series resistor (R) turns conductive and during a commutation of the gas discharge lamp (24) turns off, to decouple the boost capacitor (C).
Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzschaltung (14.1 ') ein zweites Schaltelement (T) umfasst, welches die Auswerte- und Steuereinheit (10) ansteuert, um eine Zusatzinduktivität (L) in Reihe zum Boost-Kondensator (C) zu schalten, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (10) das zweite Schaltelement (T) in der Nachzündphase über eine vorgegebenen Zeitdauer mit einer vorgegebenen Frequenz abwechselnd leitend und sperrend schaltet. Ballast according to claim 5, characterized in that the additional circuit (14.1 ') comprises a second switching element (T), which controls the evaluation and control unit (10) to an additional inductance (L) in series with the boost capacitor (C) switch, wherein the evaluation and control unit (10) the second switching element (T) in the Nachzündphase over a predetermined period of time with a predetermined frequency alternately turns on and off.
8. Vorschaltgerat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitdauer im Bereich von 1 bis 5ms liegt. 8. ballast according to claim 7, characterized in that the predetermined period of time is in the range of 1 to 5 ms.
9. Vorschaltgerat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Frequenz im Bereich von 10 bis 100kHz liegt. 9. ballast according to claim 7 or 8, characterized in that the predetermined frequency is in the range of 10 to 100 kHz.
10. Vorschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-DC-Wandlerschaltung (5) als quasiresonanter Wandler mit einer im Bereich von 250 bis 1000kHz variablen Frequenz betreibbar ist. 10. ballast according to one of claims 1 to 9, characterized in that the DC-DC converter circuit (5) is operable as a quasi-resonant converter with a variable frequency in the range of 250 to 1000kHz.
PCT/EP2012/075020 2011-12-22 2012-12-11 Electronic ballast for a gas discharge lamp WO2013092287A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011089553.1 2011-12-22
DE102011089553A DE102011089553A1 (en) 2011-12-22 2011-12-22 Electronic ballast for a gas discharge lamp

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013092287A1 true WO2013092287A1 (en) 2013-06-27

Family

ID=47429789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/075020 WO2013092287A1 (en) 2011-12-22 2012-12-11 Electronic ballast for a gas discharge lamp

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011089553A1 (en)
WO (1) WO2013092287A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4126865A1 (en) * 1991-08-14 1993-02-18 Hella Kg Hueck & Co CIRCUIT ARRANGEMENT FOR STARTING AND OPERATING HIGH PRESSURE GAS DISCHARGE LAMPS
DE19843643A1 (en) * 1997-09-25 1999-05-06 Koito Mfg Co Ltd Firing circuit for discharge lamps
DE19830368A1 (en) * 1998-07-07 2000-02-03 Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh Electronic ballast with inrush current limitation
US6320357B1 (en) * 1994-06-28 2001-11-20 U.S. Philips Corporation Circuit arrangement
DE202006006444U1 (en) 2005-07-11 2006-11-23 DJ Auto Components Corp., Guei-Shan Electronic ballast with low frequency triggering
DE10290425B4 (en) * 2001-01-12 2011-01-05 Panasonic Electric Works Co., Ltd., Kadoma-shi Ballast for a discharge lamp

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4252117B2 (en) * 1997-05-16 2009-04-08 株式会社デンソー Discharge lamp device
EP0989662B1 (en) * 1998-09-23 2003-05-02 STMicroelectronics S.r.l. Completely integrated switch-on control-loop of a high voltage power transistor of a quasi resonant flyback converter
US6504313B1 (en) * 2000-10-13 2003-01-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ignition scheme for electronic HID ballast
JP2005026032A (en) * 2003-07-01 2005-01-27 Koito Mfg Co Ltd Discharge lamp lighting circuit
DE102004017479A1 (en) * 2004-04-08 2005-10-27 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH ECG with resonance stimulus for transfer voltage generation
DE102008017545A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Tridonicatco Schweiz Ag Circuit arrangement for operating HID charge lamps
JP2009283400A (en) * 2008-05-26 2009-12-03 Panasonic Electric Works Co Ltd Discharge lamp lighting device, on-vehicle high-intensity discharge lamp lighting device, on-vehicle head lamp, and vehicle
US8089215B2 (en) * 2008-08-26 2012-01-03 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Discharge lamp lighting device, headlight device and vehicle having the same
DE102009009892A1 (en) * 2009-02-20 2010-09-16 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Electronic control gear for a gas discharge lamp
DE102010018325A1 (en) * 2010-04-27 2011-10-27 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Method and control circuit for the start of a gas discharge lamp

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4126865A1 (en) * 1991-08-14 1993-02-18 Hella Kg Hueck & Co CIRCUIT ARRANGEMENT FOR STARTING AND OPERATING HIGH PRESSURE GAS DISCHARGE LAMPS
US6320357B1 (en) * 1994-06-28 2001-11-20 U.S. Philips Corporation Circuit arrangement
DE19843643A1 (en) * 1997-09-25 1999-05-06 Koito Mfg Co Ltd Firing circuit for discharge lamps
DE19830368A1 (en) * 1998-07-07 2000-02-03 Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh Electronic ballast with inrush current limitation
DE10290425B4 (en) * 2001-01-12 2011-01-05 Panasonic Electric Works Co., Ltd., Kadoma-shi Ballast for a discharge lamp
DE202006006444U1 (en) 2005-07-11 2006-11-23 DJ Auto Components Corp., Guei-Shan Electronic ballast with low frequency triggering

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011089553A1 (en) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10064039B4 (en) Circuit arrangement for switching on and operating a discharge lamp
DE112006001948B4 (en) DC / DC converter device and discharge lamp lighting device
DE102009038843B4 (en) Discharge lamp lighting device, headlight device and a motor vehicle having this
DE112005003141B4 (en) Discharge lamp ballast with two alternating DC / DC converters
DE102005023171A1 (en) Lighting device for discharge lamps
EP2895734B1 (en) Ignition system for an internal combustion engine
DE10030170A1 (en) Discharge lamp drive circuit
EP1741320A1 (en) Circuit arrangement for operating high pressure discharge lamps and operating method for a high pressure discharge lamp
DE19849738C2 (en) Pulse generator
DE60223971T2 (en) Ballast for a discharge lamp
WO2006108406A1 (en) Device for operating or starting a high-pressure discharge lamp lamp socket and illumination system with such a device and method for operation of a high-pressure discharge lamp
DE102014216028A1 (en) Ignition system and method of operating an ignition system for an internal combustion engine
DE102004039421B4 (en) Ballast of a discharge lamp and method for driving a discharge lamp
EP2564674B1 (en) Method and control circuit for starting a gas-discharge lamp
WO2005011338A1 (en) Circuit for operating high-pressure discharge lamps
WO2013092287A1 (en) Electronic ballast for a gas discharge lamp
DE102004039226A1 (en) Entladungsleuchtenansteuerschaltung
DE69930897T2 (en) Arrangement for operating a discharge lamp
EP3177824A1 (en) Ignition system and method for controlling an ignition system for an applied-ignition internal combustion engine
DE102004039222B4 (en) Entladungslampenansteuerschaltung
DE202006006444U1 (en) Electronic ballast with low frequency triggering
JP2013110002A (en) Discharge lamp lighting device and vehicle head light unit using the same
DE102004039414B4 (en) Entladungslampenansteuerschaltung
EP3436687B1 (en) Method for operating a with a step-up converter provided spark system
DE102011081211B4 (en) Circuit arrangement and method for alternatively operating either a high-pressure discharge lamp or at least one semiconductor light source lamp

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12806007

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12806007

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1