EP0949852A2 - Betriebsschaltung für Entladungslampen mit umschaltbaren Betriebszuständen - Google Patents

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EP0949852A2
EP0949852A2 EP99105264A EP99105264A EP0949852A2 EP 0949852 A2 EP0949852 A2 EP 0949852A2 EP 99105264 A EP99105264 A EP 99105264A EP 99105264 A EP99105264 A EP 99105264A EP 0949852 A2 EP0949852 A2 EP 0949852A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
operating
operating state
circuit
power supply
storage device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99105264A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0949852A3 (de
Inventor
Klaus Fischer
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0949852A2 publication Critical patent/EP0949852A2/de
Publication of EP0949852A3 publication Critical patent/EP0949852A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/36Controlling
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10Controlling the light source
    • H05B47/175Controlling the light source by remote control
    • H05B47/185Controlling the light source by remote control via power line carrier transmission

Definitions

  • This invention relates to an operating circuit for a load.
  • Discharge lamps especially compact fluorescent lamps, in question.
  • Discharge lamps come with operating circuits and electronic ballasts used, the z. B. a half-bridge oscillator with mains supply have a rectifier and a smoothing capacitor can. The half-bridge oscillator generates a high frequency AC power supply for flicker-free and low-noise operation the discharge lamp.
  • This invention lies on the basis of the described prior art the technical problem underlying an operational circuit, especially for Discharge lamps with switchable by power interruptions Operating conditions and a compared to the cited state of the Technology with regard to the usage properties of a further developed circuit structure specify.
  • a circuit for operation a load in particular a discharge lamp, with an operating state storage device to save an operating state the size representing the load and with a switching device for switching a plurality of operating states of the load, each shorter Interruption of the power supply to the operating circuit activated and in a size other than that represented by the stored size
  • Operating state switches characterized by one of the operating state storage device separate timer circuit for definition a certain time to distinguish longer interruptions of the Power supply from the shorter, the switching device due to longer interruptions to switch to a defined initial operating state is activated.
  • the invention is based on the idea that in this obvious way two functions are combined in one device, which should advantageously be implemented separately. That is why the invention provides for the function Save operating status "and the function Define time threshold for power supply interruptions ", that is, to provide a timer circuit separate from an operating state storage device.
  • a memory can be used for the operating state storage device, which outputs a discrete and therefore always well-defined output signal about the operating state.
  • this is temporal must expire, not easily possible.
  • a further advantage can arise if the output size of the Operating state storage device as a setpoint or to generate a Setpoint is used. Then if the timer function in the operating memory device integrated, this would have the consequence that with short power supply interruptions in the operating state storage device stored size would hardly have changed. But now after a short power supply interruption to another operating state to be switched over, this stored quantity would be the setpoint or no longer suitable for the formation of such.
  • Timer circuit and operating state storage device Timer circuit for example simultaneously to a memory for the coming after a brief future power outage Operating state can be made, but in the actual Operating state storage device stored size for the setpoint formation serves. But it can also be used as an operating state storage device automatically through each time the power supply is interrupted use a trigger signal switching device. This can then by a defined reset signal as the memory content that the initial operating state keep appropriate size. The reset signal is triggered when the timer circuit has a prolonged power supply interruption notes.
  • the timer circuit is constructed capacitively, with a smoothing electrolytic capacitor, which in many cases is on the output side of a line rectifier anyway is provided, which supplies the operating circuit.
  • This smoothing electrolytic capacitor is then already in operation by the line rectifier charged and discharged in the event of power supply interruptions, so that its state of charge can be used to define the time.
  • the discharge of the smoothing electrolytic capacitor when the Power supply can be done with a simple circuit variant Consumption flows of existing circuit parts occur, for example by a consumption current of the operating state storage device.
  • This discharge process is already determined by the circuit structure and thus offers an advantageous embodiment - if the simplicity the circuit is in the foreground.
  • An improved variant of the invention therefore provides to provide a separate discharge resistor with the smoothing electrolytic capacitor a discharge time course and thus the desired Timer function defined.
  • the voltage drop across the discharge resistor (as partial voltage a voltage division) a sufficient supply voltage for above supplied circuit parts results.
  • the time threshold for differentiation is exceeded the shorter of the longer power interruptions itself, for example through the discharge of the smoothing electrolytic capacitor mentioned, already the desired defined initial state of the operating state storage device can result in a reset device be provided which the operating state storage device in the Reset initial state. This also becomes the switching device reset so that when restarting the operating circuit of the specified Initial operating state is present.
  • This reset device is first of all then makes sense if - as already mentioned above and in the exemplary embodiment shown - an operating state storage device is used, that with each power supply interruption, whether longer or shorter, the saved size changed.
  • FIG 1 are the components of the operating circuit essential for the invention drawn, with the representation of the conventional remainder of Operating circuit was dispensed with.
  • C1 is an electrolytic capacitor drawn between the output connections of a mains rectifier to supply the operating circuit is connected to the rectified Smooth tension. From this smoothing electrolytic capacitor supply branches not shown here lead to a transistor half-bridge oscillator circuit, which is a high frequency AC power supply generated for a low pressure gas discharge lamp.
  • the in the Figure drawn lower line at the negative terminal of the electrolytic capacitor C1 is used here as a reference potential for all those shown Components.
  • the electrolytic capacitor C1 also supplies an operating state storage device SP, a so-called toggle flip-flop.
  • an operating state storage device SP a so-called toggle flip-flop.
  • a Toggle flip-flop is the inverting output on the not shown Memory value input fed back, so that the toggle flip-flop at a Edge at the clock input the inverted output signal on the non-inverting Output switches through and thus changes its memory state. It is therefore an alternating switch with each flank binary storage element. If more than two different operating states switched or stored in the operating state storage device SP should be replaced by a binary toggle flip-flop Counter used as the operating state storage device SP.
  • the operating state storage device SP is also after the shutdown the power supply via the electrolytic capacitor C1 for one supplied with voltage for a certain time, namely via the voltage supply connection SPV.
  • the clock input of the operating state storage device SP is at each Power supply interruption controlled in a manner not shown. This changes that in the operating state storage device SP stored size and thus the output signal SPA at each Power supply interruption, regardless of its duration.
  • This Clock input control is done in this embodiment as follows: A drive IC of the oscillator circuit for lamp operation is powered by oscillation during oscillator operation. For the Starting phase before the start of the oscillation there is another supply of the IC, which is connected to the rectifier on the mains side. It is designed that the IC much earlier after a power cut is de-energized as the circuit parts supplied by the electrolytic capacitor C1 in Figure 1. Then the pulse for the clock input control generated by the IC when the power supply is reinstalled.
  • the output signal SPA of the operating state storage device SP becomes a switchover device U, which when starting the operating circuit responding to a power failure the output signal SPA a certain one among at least two different ones Selects operating states.
  • the switching device U can, for example be a controller that uses the output signal SPA as the basis for its setpoint used.
  • a reset device SS is provided.
  • This reset device or start circuit SS is a conventional one Under-voltage lockout circuit, which increases when the also on it supply voltage above a definable threshold a time-limited signal via the SSA output to a reset connection the operating state storage device SP delivers.
  • This reset device is used when the duration of the power supply interruption for a drop in the supply voltage Vs below has provided the threshold value of the reset device SS.
  • This Threshold is set so that it is a supply voltage at the Operating state storage device SP corresponds to its storage size can safely maintain.
  • Figure 1 also shows a voltage-limiting switching element ZD, in simplest case is a zener diode.
  • This switching element ZD ensures that the level of voltage across the electrolytic capacitor C1 does not cause damage the operating state storage device SP, the reset device SS or the switching device U leads.
  • the threshold value of the reset device SS could be so interpret that the discharge of the electrolytic capacitor C1 alone by the Consumption flows of blocks ZD, SS and SP (as well as other ones not shown Circuit elements) discharge at exactly that time causes the threshold value of the reset device SS, which is called the limit between a shorter power interruption (for switching operating status) and a longer power interruption (to restart in the initial state). This time can e.g. B. be one second.
  • a discharge resistor Rb is provided on which is limited by the voltage-limiting circuit element ZD Voltage is present.
  • This discharge resistor Rb carries a current that is larger than the sum of all others discharging the electrolytic capacitor C1 Currents is. This determines the time the supply voltage drops Vs to the threshold value of the reset device SS essentially by the total resistance of the series connection from the discharge resistor Rb and another, in series with the electrolytic capacitor C1 lying resistance Ra.
  • This resistance Ra serves to separate the voltage limited by the block ZD from that on the electrolytic capacitor C1 applied voltage due to the voltage drop of the current flowing through the block ZD.
  • the comparator input of the operating state storage device mentioned above SP is not in the embodiment described here necessary because the under-voltage lockout circuit SS for a defined Border between shorter and longer power supply interruptions worries.
  • Figure 2 illustrates the operation of the circuit according to the invention in one schematic timing diagram.
  • the first line a) is the mains voltage the power supply U (N) plotted that over time three short interruptions after switching on and then three longer interruptions (third longer interruption no longer listed) shows.
  • the second line b) shows the voltage U (C1) on the electrolytic capacitor C1 first that the capacitor C1 after the rectifier switches on the power supply immediately is charged.
  • the Voltage U (C1) with a certain time course, which here is the simplicity is shown linearly. In fact, the timing of this is Embodiment exponential.
  • the voltage-limiting switching element ZD as drawn in line c), with the power supply switched on and due to the shorter interruptions a current I (ZD) continuously through it.
  • the voltage U (C1) drops so far that the limit voltage falls below the switching element ZD, so that the current I (ZD) suddenly stops. It rises with the voltage U (C1) after switching on power supply immediately. From the times within the longer power outages where the exposes voltage-limiting function of the switching element ZD, the falls Voltage Vs across resistor Rb from that through the voltage limiting Switching element ZD given value Vsmax.
  • Vsmax the voltage-limiting Switching element ZD
  • the supply voltage Vs falls below that shown Value Vsmin, which corresponds to the threshold voltage of the reset device SS. Accordingly, the output SSA of the reset device generates SS after switching on the power supply a voltage pulse U (SSA), which is shown in the 5th line d).
  • SSA voltage pulse U
  • the one representing the memory size of the operating state storage device SP Output signal U (SPA) in line f) behaves accordingly follows:
  • the first switching on of the time curve shown in FIG. 2 is how can be recognized from pulse U (SSA) in line d), switching on after a longer interruption.
  • the pulse U (SSA) in the initial state reset the operating state storage device SP gives one low value of their output voltage U (SPA).
  • the first short break leads to a toggle function of the operating state memory device SP activating edge at their clock input and switches on the memory size and thus the output voltage U (SPA) the high value around.
  • the third too brief power interruption activates the toggle function and leads again to the high value of the voltage U (SPA).
  • This mode of operation is desirable because the user uses the short switch-off or a short power supply interruption by pressing a button to switch over the gas discharge lamp, whereas restarting the gas discharge lamp after a switch-off which is really intended is not intended to result in a state which may not have been predictable for the user. It makes sense to operate the lamp at full brightness after switching it off for a longer period of time and can do so by brief interruptions be dimmed ".
  • This embodiment demonstrates the advantage of the invention below With the help of the existing smoothing electrolytic capacitor C1 to be able to integrate an additional circuit into the operating circuit with the power supply interruptions depending on their duration lead different reactions. Shorter power interruptions as one by dimensioning the resistors Ra and Rb and the predetermined capacitance of the electrolytic capacitor C1 in connection with the set threshold voltage of the reset circuit SS given time lead to an operating state change between two or several operating states of the operating circuit or the gas discharge lamp. This can be compared to an incandescent lamp dimming circuit Adjustment of the brightness can be made.
  • the present solution is not a complex one Realization of an analog measurement quantity formation by own RC combination and / or an additional unit to discretize the analog measured variables necessary.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine einfache und zuverlässige Schaltung in einer Gasentladungslampen-Betriebsschaltung zum Umschalten zwischen Betriebszuständen mit verschiedenen Lampenströmen durch kurze Unterbrechung der Leistungsversorgung, wobei längere Unterbrechungen einen definierten Betriebszustand nach sich ziehen. <IMAGE>

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Betriebsschaltung für eine Last. Als Last kommen insbesondere Entladungslampen, vor allem Kompaktleuchtstofflampen, in Frage.
Bei Entladungslampen kommen Betriebsschaltungen und elektronische Vorschaltgeräte zum Einsatz, die z. B. einen Halbbrückenoszillator mit Netzversorgung über einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator aufweisen können. Dabei erzeugt der Halbbrückenoszillator eine hochfrequente Wechselspannungsversorgung für den flackerfreien und geräuscharmen Betrieb der Entladungslampe.
Ein wesentlicher Nachteil der Entladungslampen gegenüber Glühlampen und Halogenglühlampen bestand bislang darin, daß sich bei Betriebsgeräten von Entladungslampen keine Dimmfunktion realisieren ließ. An diesem Punkt hat es nun durch einen zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag eine Verbesserung gegeben, bei dem Unterbrechungen der Leistungsversorgung einer Betriebsschaltung für eine Entladungslampe ausgewertet werden und gewissermaßen als Triggersignal dienen, um die Betriebsschaltung beim Neustart in einem anderen Betriebszustand mit größerem oder kleinerem Lampenstrom weiterarbeiten zu lassen. Dadurch können zwei Betriebszustände unterschieden und geschaltet werden, die ähnlich einer Dimmfunktion auf Wunsch eine Verringerung der Lampenleistung zulassen. Zu diesem Stand der Technik wird verwiesen auf die EP O 488 OO2 B1 und die zugehörige Prioritätsanmeldung DE 40 37 948.
Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik liegt dieser Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Betriebsschaltung, insbesondere für Entladungslampen, mit durch Leistungsversorgungsunterbrechungen umschaltbaren Betriebszuständen und einem gegenüber dem zitierten Stand der Technik hinsichtlich der Gebrauchseigenschaften weiter entwickelten Schaltungsaufbau anzugeben.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltung zum Betreiben einer Last, insbesondere einer Entladungslampe, mit einer Betriebszustands-Speichereinrichtung zum Speichern einer einen Betriebszustand der Last darstellenden Größe und mit einer Umschalteinrichtung zum Umschalten einer Mehrzahl von Betriebszuständen der Last, die bei jeder kürzeren Unterbrechung der Leistungsversorgung der Betriebsschaltung aktiviert wird und in einen anderen als den durch die gespeicherte Größe dargestellten Betriebszustand umschaltet, gekennzeichnet durch eine von der Betriebszustands-Speichereinrichtung separate Zeitgeberschaltung zur Definition einer bestimmten Zeit zur Unterscheidung längerer Unterbrechungen der Leistungsversorgung von den kürzeren, wobei die Umschalteinrichtung durch längere Unterbrechungen zum Schalten in einen festgelegten Ausgangsbetriebszustand aktiviert wird.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß Leistungsversorgungsunterbrechungen nach ihrer Zeitdauer unterschieden werden. Dabei führen längere Unterbrechungen nicht wie die kürzeren zu einem Umschaltvorgang in einen anderen Betriebszustand, sondern zum Neustart in einen unabhängig vom vorherigen Betriebszustand eindeutig festgelegten Betriebszustand.
Zwar erwähnt die zitierte EP O 488 OO2 B1 bereits eine solche Zielvorgabe, nämlich ein Umschalten des dortigen bistabilen Umschaltsystems in den Ausgangszustand. Jedoch läßt dieses Dokument die Angabe eines technischen Lösungswegs zur Realisierung dieser Funktion vermissen.
Von dieser bekannten Zielvorgabe ausgehend könnte man naheliegenderweise zunächst versuchen, den Speicher, der den letzten Betriebszustand über eine Leistungsversorgungsunterbrechung speichern soll, so auszuführen, daß er ab einer gewissen Zeitschwelle den letzten Betriebszustand als seinen Speicherinhalt verliert. Dabei müßte sichergestellt sein, daß der Verlust des Speicherinhalts zu einem definierten Ausgangszustand des Speichers führt. Naheliegend wäre es also, als Betriebszustandsspeicher einen Kondensator zu verwenden, der sich bei einer Leistungsversorgungsunterbrechung entlädt und der ab einer gewissen Dauer von Leistungsversorgungsunterbrechungen immer den Zustand
Figure 00030001
Leer" hat.
Der Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, daß bei diesem naheliegenden Weg zwei Funktionen in einer Einrichtung zusammengefaßt sind, die vorteilhafterweise getrennt realisiert sein sollten. Deswegen sieht die Erfindung vor, die Funktion Betriebszustand speichern" und die Funktion Zeitschwelle für Leistungsversorgungsunterbrechungen definieren" zu trennen, also eine von einer Betriebszustands-Speichereinrichtung separate Zeitgeberschaltung vorzusehen.
Vorteile dieser Lösung bestehen beispielsweise darin, daß für die Betriebszustands-Speichereinrichtung ein Speicher verwendet werden kann, der ein diskretes und damit immer wohldefiniertes Ausgangssignal über den Betriebszustand abgibt. Dieses ist bei einer Speichereinrichtung, die gleichzeitig die Zeitgeberfunktion realisieren soll und deren Speicherinhalt somit zeitlich verfallen" muß, nicht ohne weiteres möglich.
Ein weiterer Vorteil kann sich dann ergeben, wenn die Ausgangsgröße der Betriebszustands-Speichereinrichtung als Sollwert oder zur Erzeugung eines Sollwerts verwendet wird. Wenn dann die Zeitgeberfunktion in der Betriebsspeichereinrichtung integriert wäre, hätte dies zur Folge, daß bei kurzen Leistungsversorgungsunterbrechungen sich die in der Betriebszustands-Speichereinrichtung gespeicherte Größe kaum verändert hätte. Da nun aber nach einer kurzen Leistungsversorgungsunterbrechung in einen anderen Betriebszustand umgeschaltet werden soll, wäre diese gespeicherte Größe als Sollwert oder zur Bildung eines solchen nicht mehr geeignet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann hingegen durch die Trennung zwischen Zeitgeberschaltung und Betriebszustands-Speichereinrichtung die Zeitgeberschaltung beispielsweise gleichzeitig zu einem Speicher für den nach einer zukünftigen kurzen Leistungsversorgungsunterbrechung kommenden Betriebszustand gemacht werden, wobei aber die in der eigentlichen Betriebszustands-Speichereinrichtung gespeicherte Größe für die Sollwert-Bildung dient. Man kann aber auch als Betriebszustands-Speichereinrichtung eine sich automatisch bei jeder Leistungsversorgungsunterbrechung durch ein Triggersignal umschaltende Einrichtung einsetzen. Diese kann dann durch ein definiertes Rücksetzsignal als Speicherinhalt die dem Ausgangs-Betriebszustand entsprechende Größe halten. Das Rücksetzsignal wird ausgelöst, wenn die Zeitgeberschaltung eine längere Unterbrechung der Leistungsversorgung feststellt.
Insgesamt ergeben sich durch die erfindungsgemäße Lösung verbesserte Möglichkeiten zur Schaltungsauslegung, die durch den eindeutigen Ausgangsbetriebszustand nach längeren Leistungsversorgungsunterbrechungen zu einem höheren Bedienungskomfort und in der eben geschilderten Weise zu zuverlässigeren und funktionstüchtigeren Schaltungsauslegungen führen.
Bei dieser Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, daß die Zeitgeberschaltung kapazitiv aufgebaut ist, und zwar mit einem Glättungs-Elektrolytkondensator, der in vielen Fällen ohnehin auf der Ausgangsseite eines Netzgleichrichters vorgesehen ist, der die Betriebsschaltung versorgt. Dieser Glättungs-Elektrolytkondensator wird dann ohnehin im Betrieb durch den Netzgleichrichter aufgeladen und bei Leistungsversorgungsunterbrechungen entladen, so daß sein Ladungszustand zur Zeitdefinition verwendet werden kann.
Die Entladung des Glättungs-Elektrolytkondensators bei Unterbrechung der Leistungsversorgung kann bei einer einfachen Schaltungsvariante durch Verbrauchsströme ohnehin vorhandener Schaltungsteile erfolgen, etwa durch einen Verbrauchsstrom der Betriebszustands-Speichereinrichtung. Dieser Entladungsvorgang ist durch den Schaltungsaufbau ohnehin vorgegeben und bietet damit eine vorteilhafte Ausgestaltung - wenn die Einfachheit der Schaltung im Vordergrund steht.
Andererseits sind die Verbrauchsströme häufig relativ schlechte Bezugsgrößen, weil sie mit Fertigungstoleranzen behaftet sind oder stark temperaturabhängig sein können, etwa durch die Temperaturabhängigkeit der Leckströme. In einer verbesserten Variante der Erfindung ist daher vorgesehen, einen gesonderten Entladewiderstand vorzusehen, der mit dem Glättungs-Elektrolytkondensator einen Entladungszeitverlauf und damit die gewünschte Zeitgeberfunktion definiert. Dazu sollte dieser Entladewiderstand so bemessen sein, daß der durch ihn fließende Strom die zuvor erwähnten Verbrauchsströme übersteigt und somit die Entladung des Glättungs-Elektrolytkondensators dominiert. Ferner muß natürlich berücksichtigt werden, daß die an dem Entladewiderstand abfallende Spannung (als Teilspannung einer Spannungsteilung) eine ausreichende Versorgungsspannung für darüber versorgte Schaltungsteile ergibt.
Wenn nicht das Überschreiten des Zeitschwellenwerts zur Unterscheidung der kürzeren von den längeren Leistungsversorgungsunterbrechungen selbst, etwa durch die Entladung des erwähnten Glättungs-Elektrolytkondensators, bereits den erwünschten definierten Ausgangszustand der Betriebszustands-Speichereinrichtung zur Folge hat, kann eine Rücksetzeinrichtung vorgesehen sein, die die Betriebszustands-Speichereinrichtung in den Ausgangszustand rücksetzt. Damit wird auch die Umschalteinrichtung rückgesetzt, so daß beim Neustart der Betriebsschaltung der festgelegte Ausgangs-Betriebszustand vorliegt. Diese Rücksetzeinrichtung ist vor allem dann sinnvoll, wenn - wie oben bereits erwähnt und im Ausführungsbeispiel dargestellt - eine Betriebszustands-Speichereinrichtung Verwendung findet, die bei jeder Leistungsversorgungsunterbrechung, ob länger oder kürzer, die gespeicherte Größe verändert.
Es ist nicht zwingend, wie bei der zitierten europäischen Patentschrift zwischen nur zwei verschiedenen Betriebszuständen umzuschalten. Vielmehr können auch drei oder mehr Betriebszustände durch die Umschalteinrichtung wählbar und in der Betriebszustands-Speichereinrichtung speicherbar sein. Bei der Erfindung ist es auch nicht notwendig nur an unterschiedliche Lampenströme und damit unterschiedliche Lampenleistungen und Helligkeiten zu denken. Vielmehr kann der Begriff Betriebszustand sehr allgemein aufgefaßt werden und beispielsweise auch den Betrieb unterschiedlicher oder unterschiedlich vieler Segmente einer Lampe oder unterschiedlicher Lampen eines Lampensystems bedeuten. Der Klarheit halber ist auch festzustellen, daß das Ausgeschaltetsein der gesamten Betriebsschaltung hier nicht als Betriebszustand aufzufassen ist.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, zwischen die Zeitgeberschaltung und die Betriebszustands-Speichereinrichtung einen Komparator zu schalten. Damit kann ein sich kontinuierlich verändernder Ausgangswert der Zeitgeberschaltung z. B. eine kontinuierlich abnehmende Spannung an einem sich entladenden Kondensator, durch den Komparator in eine diskrete Größe umgewandelt werden. Damit erhält die Betriebszustands-Speichereinrichtung ein Signal aus der Zeitgeberschaltung, das durch seine definierte und diskrete Veränderung mögliche undefinierte Zwischenzustände der Betriebszustands-Speichereinrichtung vermeidet. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels exemplarisch dargestellt, das in den Figuren gezeigt ist.
Figur 1
zeigt ein schematisches Schaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung.
Figur 2
zeigt Zeitverläufe verschiedener elektrischer Größen der in Figur 1 dargestellten Betriebsschaltung.
In Figur 1 sind die für die Erfindung wesentlichen Bauteile der Betriebsschaltung gezeichnet, wobei auf die Darstellung des konventionellen Rests der Betriebsschaltung verzichtet wurde. Mit C1 ist ein Elektrolytkondensator gezeichnet, der zwischen den Ausgangsanschlüssen eines Netzgleichrichters zur Versorgung der Betriebsschaltung angeschlossen ist, um die gleichgerichtete Spannung zu glätten. Von diesem Glättungs-Elektrolytkondensator führen hier nicht eingezeichnete Versorgungszweige zu einer Transistor-Halbbrückenoszillatorschaltung, die eine hochfrequente Wechselspannungsversorgung für eine Niederdruckgasentladungslampe erzeugt. Die in der Figur eingezeichnete untere Leitung an dem negativen Anschluß des Elektrolytkondensators C1 dient hier als Bezugspotential für alle eingezeichneten Bauteile.
Der Elektrolytkondensator C1 versorgt ferner eine Betriebszustands-Speichereinrichtung SP, und zwar ein sogenanntes Toggle-Flip-Flop. Bei einem Toggle-Flip-Flop ist der invertierende Ausgang auf den nicht eingezeichneten Speicherwerteingang zurückgeführt, so daß das Toggle-Flip-Flop bei einer Flanke am Takteingang das invertierte Ausgangssignal auf den nichtinvertierenden Ausgang durchschaltet und somit seinen Speicherzustand ändert. Es handelt sich also um ein mit jeder Flanke alternierend schaltendes binäres Speicherelement. Wenn mehr als zwei verschiedene Betriebszustände umgeschaltet bzw. in der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP gespeichert werden sollen, so wird statt des binären Toggle-Flip-Flops ein binärer Zähler als Betriebszustands-Speichereinrichtung SP verwendet.
Die Betriebszustands-Speichereinrichtung SP wird auch nach dem Abschalten der Leistungsversorgung über den Elektrolytkondensator C1 für eine gewisse Zeit mit Spannung versorgt, und zwar über den Spannungsversorgungsanschluß SPV.
Der Takteingang der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP wird bei jeder Leistungsversorgungs-Unterbrechung in nicht eingezeichneter Weise angesteuert. Dadurch verändert sich die in der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP gespeicherte Größe und damit das Ausgangssignal SPA bei jeder Leistungsversorgungsunterbrechung, unabhängig von deren Dauer. Diese Takteingangsansteuerung geschieht bei diesem Ausführungsbeispiel wie folgt: Ein Ansteuerungs-IC der Oszillatorschaltung für den Lampenbetrieb wird während des Oszillatorbetriebs durch die Oszillation versorgt. Für die Startphase vor dem Beginn der Oszillation gibt es eine weitere Versorgung des IC, die netzseitig am Gleichrichter angeschlossen ist. Sie ist so ausgelegt, daß der IC nach einer Leistungsversorgungsunterbrechung sehr viel früher stromlos wird als die von dem Elektrolytkondensator C1 versorgten Schaltungsteile in Figur 1. Dann wird der Impuls für die Takteingangsansteuerung von dem IC beim Wiedereinsetzen der Leistungsversorgung erzeugt.
Das Ausgangssignal SPA der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP wird einer Umschalteinrichtung U zugeführt, die beim neuen Start der Betriebsschaltung nach einer Leistungsversorgungsunterbrechung ansprechend auf das Ausgangssignal SPA einen bestimmten unter mindestens zwei verschiedenen Betriebszuständen wählt. Die Umschalteinrichtung U kann beispielsweise ein Regler sein, der das Ausgangssignal SPA als Basis für seinen Sollwert verwendet.
Da die Betriebszustands-Speichereinrichtung SP als Flip-Flop nach einer längeren Leistungsversorgungsunterbrechung, bei der die Versorgungsspannung aus dem Elektrolytkondensator C1 unter einen für die Aufrechterhaltung des Speicherzustands erforderlichen Minimalwert gefallen ist, hinsichtlich des Speicherinhalts bei an dem Anschluß SPV wiederanliegender Versorgungsspannung nicht definiert ist, ist eine Rücksetzeinrichtung SS vorgesehen. Diese Rücksetzeinrichtung oder Startschaltung SS ist eine konventionelle Under-voltage-lockout-Schaltung, die beim Ansteigen der auch an ihr anliegenden Versorgungsspannung über einen festlegbaren Schwellenwert ein zeitlich begrenztes Signal über den Ausgang SSA an einen Rücksetzanschluß der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP liefert. Diese Rücksetzeinrichtung kommt also zum Einsatz, wenn die Dauer der Leistungsversorgungsunterbrechung für ein Absinken der Versorgungsspannung Vs unter den Schwellenwert der Rücksetzeinrichtung SS gesorgt hat. Dieser Schwellenwert ist so eingestellt, daß er einer Versorgungsspannung an der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP entspricht, die deren Speichergröße sicher aufrecht erhalten kann.
Figur 1 zeigt weiterhin ein spannungsbegrenzendes Schaltelement ZD, im einfachsten Fall eine Zenerdiode. Dieses Schaltelement ZD stellt sicher, daß die Höhe der Spannung am Elektrolytkondensator C1 nicht zu Schäden an der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP, der Rücksetzeinrichtung SS oder der Umschalteinrichtung U führt.
Man könnte prinzipiell den Schwellenwert der Rücksetzeinrichtung SS so auslegen, daß die Entladung des Elektrolytkondensators C1 alleine durch die Verbrauchsströme der Blöcke ZD, SS und SP (sowie weiterer nicht eingezeichneter Schaltungselemente) in genau derjenigen Zeit eine Entladung auf den Schwellenwert der Rücksetzeinrichtung SS bewirkt, die man als Grenze zwischen einer kürzeren Leistungsversorgungsunterbrechung (zum Umschalten des Betriebszustands) und einer längeren Leistungsversorgungsunterbrechung (zum Neustart im Ausgangszustand) anstrebt. Diese Zeit kann z. B. eine Sekunde betragen.
Es zeigt sich jedoch, daß vor allem die Temperaturabhängigkeit verschiedener Leckströme sowie Toleranzen der Bauteile zu einer störenden Schwankung dieser Zeit führen. Daher ist ein Entladewiderstand Rb vorgesehen, an dem die durch das spannungsbegrenzende Schaltungselement ZD begrenzte Spannung anliegt. Dieser Entladewiderstand Rb führt einen Strom, der größer als die Summe aller weiteren den Elektrolytkondensator C1 entladenden Ströme ist. Dadurch bestimmt sich die Zeit des Absinkens der Versorgungsspannung Vs auf den Schwellenwert der Rücksetzeinrichtung SS im wesentlichen durch den Gesamtwiderstand der Serienschaltung aus dem Entladewiderstand Rb und einem weiteren, seriell zu dem Elektrolytkondensator C1 liegenden Widerstand Ra. Dieser Widerstand Ra dient zur Trennung der durch den Block ZD begrenzten Spannung von der an dem Elektrolytkondensator C1 anliegenden Spannung durch den Spannungsabfall aufgrund des durch den Block ZD fließenden Stromes.
Der weiter oben erwähnte Komparatoreingang der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP ist bei dem hier geschilderten Ausführungsbeispiel nicht notwendig, weil die Under-voltage-lockout-Schaltung SS für eine definierte Grenze zwischen kürzeren und längeren Leistungsversorgungsunterbrechungen sorgt.
Figur 2 illustriert den Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung in einem schematischen Zeitverlaufsdiagramm. In der ersten Zeile a) ist die Netzspannung der Leistungsversorgung U(N) aufgetragen, die im Zeitverlauf nach einem Einschaltvorgang drei kurze und danach drei längere Unterbrechungen (dritte längere Unterbrechung nicht mehr aufgeführt) zeigt. In diesen Figuren ist angenommen, daß der Oszillator (Halbbrücke) nach Abschalten der Leistungsversorgung sofort steht; d. h. das Nachlaufen durch die Ladung in dem Kondensator C1 bis zur Unterschreitung einer Spannungsgrenze des Oszillators ist nicht dargestellt.
In der zweiten Zeile b) erkennt man in der Darstellung der Spannung U(C1) an dem Elektrolytkondensator C1 zunächst, daß der Kondensator C1 nach dem Einschalten der Leistungsversorgung sofort durch den Gleichrichter aufgeladen wird. Bei den Unterbrechungen der Leistungsversorgung fällt die Spannung U(C1) mit einem bestimmten Zeitverlauf ab, der hier der Einfachheit halber linear dargestellt ist. Tatsächlich ist der Zeitverlauf bei diesem Ausführungsbeispiel exponentiell.
Bei den ersten drei kürzeren Unterbrechungen der Leistungsversorgung sinkt die Spannung U(C1) vor dem plötzlichen Wiederanstieg deutlich weniger weit ab als bei den folgenden längeren Unterbrechungen.
Das spannungsbegrenzende Schaltelement ZD führt, wie in Zeile c) gezeichnet, bei eingeschalteter Leistungsversorgung und durch die kürzeren Unterbrechungen hindurch dauernd einen Strom I(ZD). Bei den beiden längeren Unterbrechungen fällt die Spannung U(C1) soweit, daß die Begrenzungsspannung des Schaltelements ZD unterschritten wird, so daß der Strom I(ZD) plötzlich aussetzt. Er steigt jeweils mit der Spannung U(C1) nach Einschalten der Leistungsversorgung sofort wieder an. Ab den Zeitpunkten innerhalb der längeren Leistungsversorgungsunterbrechungen, bei denen die spannungsbegrenzende Funktion des Schaltelements ZD aussetzt, fällt die Spannung Vs an dem Widerstand Rb von dem durch das spannungsbegrenzende Schaltelement ZD gegebenen Wert Vsmax ab. Auch hier ist der tatsächlich exponentielle Verlauf der Einfachheit halber linear dargestellt. Nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne und insgesamt um die Zeit ts gegenüber dem Ausschalten der Leistungsversorgung, also dem Abfall der Spannung U(N) versetzt, fällt die Versorgungsspannung Vs unter den eingezeichneten Wert Vsmin, der der Schwellenspannung der Rücksetzeinrichtung SS entspricht. Dementsprechend erzeugt der Ausgang SSA der Rücksetzeinrichtung SS nach dem Wiedereinschalten der Leistungsversorgung einen Spannungspuls U(SSA), der in der 5. Zeile d) dargestellt ist.
Das die Speichergröße der Betriebszustands-Speichereinrichtung SP darstellende Ausgangssignal U(SPA) in Zeile f) verhält sich dementsprechend wie folgt: Das erste Einschalten des in Figur 2 dargestellten Zeitverlaufs ist, wie sich aus dem Puls U(SSA) in Zeile d) erkennen läßt, ein Einschalten nach einer längeren Unterbrechung. Durch den Puls U(SSA) in den Ausgangszustand zurückgesetzt, gibt die Betriebszustands-Speichereinrichtung SP einen niedrigen Wert ihrer Ausgangsspannung U(SPA) aus. Die erste Kurzunterbrechung führt zu einer die Togglefunktion der BetriebszustandsSpeichereinrichtung SP aktivierenden Flanke an deren Takteingang und schaltet die Speichergröße und damit die Ausgangsspannung U(SPA) auf den hohen Wert um. Analog wird nach der nächsten längeren Unterbrechung wieder in den vorherigen Zustand zurückgeschaltet. Auch die dritte kurze Leistungsversorgungsunterbrechung aktiviert die Togglefunktion und führt damit wieder zum hohen Wert der Spannung U(SPA). Dieser wird solange definiert gehalten, wie die Versorgungsspannung Vs über dem Minimalwert Vsmin liegt. Danach folgt ein durch die gestrichelt eingezeichnete Flanke der Spannung U(SPA) angedeuteter undefinierter Zustand. Diese Undefiniertheit schadet nicht, weil die Betriebsschaltung und die Gasentladungslampe zu dieser Zeit ausgeschaltet sind. Der Puls von U(SSA) nach dem Wiedereinschalten sorgt dementsprechend für ein definiertes Rücksetzen der Speichergröße bzw. der Betriebszustands-Speichereinrichtung. Dieser Betriebszustandswechsel geht nicht auf die Togglefunktion zurück, schon weil der Ausgangszustand nicht definiert war, sondern auf den Puls der Ausgangsspannung U(SSA) der Rücksetzeinrichtung SS. Das zeigt sich nach der folgenden längeren Leistungsversorgungsunterbrechung, bei der nicht, wie es der Togglefunktion entsprechen würde, in den anderen Betriebszustand gewechselt wird, sondern erneut der Ausgangszustand mit voller Lampenleistung auftritt.
Diese Funktionsweise ist erwünscht, weil der Benutzer zum Umschalten der Gasentladungslampe das kurze Ausschalten bzw. eine kurze Leistungsversorgungsunterbrechung durch Betätigen eines Tasters verwendet, wohingegen ein Neustart der Gasentladungslampe nach einem wirklich so beabsichtigten Ausschalten nicht in einen für den Benutzer möglicherweise nicht vorhersehbaren Zustand führen soll. Sinnvollerweise wird die Lampe nach längerem Ausschalten mit voller Helligkeit betrieben und kann durch kurze Unterbrechungen abgedimmt" werden.
Dieses Ausführungsbeispiel demonstriert den Vorteil der Erfindung, unter Zuhilfenahme des ohnehin vorhandenen Glättungs-Elektrolytkondensators C1 eine Zusatzschaltung in die Betriebsschaltung integrieren zu können, mit der Leistungsversorgungsunterbrechungen abhängig von ihrer Zeitdauer zu unterschiedlichen Reaktionen führen. Kürzere Leistungsversorgungsunterbrechungen als eine durch die Dimensionierung der Widerstände Ra und Rb und die vorgegebene Kapazität des Elektrolytkondensators C1 in Zusammenhang mit der eingestellten Schwellenspannung der Rücksetzschaltung SS gegebene Zeit führen zu einem Betriebszustandwechsel zwischen zwei oder mehreren Betriebszuständen der Betriebsschaltung bzw. der Gasentladungslampe. Damit kann eine einer Glühlampen-Dimmschaltung vergleichbare Einstellung der Helligkeit vorgenommen werden. Längere Leistungsversorgungsunterbrechungen als die einstellbare gegebene Zeit führen wegen der Auslösung des Rücksetzungsvorgangs in der Rücksetzeinrichtung SS immer zu einem Neubeginn der Betriebsschaltung und damit des Betriebs der Gasentladungslampe in dem durch die in der rückgesetzten Betriebszustands-Speichereinrichtung SP gespeicherte Speichergröße definierten Ausgangs-Betriebszustand. Dabei ist bei der vorliegenden Lösung keine aufwendige Realisierung einer analogen Meßgrößenbildung durch eine eigene RC-Kombination und/oder eine zusätzliche Einheit zur Diskretisierung der analogen Meßgrößen notwendig.

Claims (5)

  1. Schaltung zum Betreiben einer Last, insbesondere einer Entladungslampe, mit einer Betriebszustands-Speichereinrichtung (SP) zum Speichern einer einen Betriebszustand der Last darstellenden Größe (SPA) und mit einer Umschalteinrichtung (U) zum Umschalten zwischen einer Mehrzahl von Betriebszuständen der Last, die bei jeder kürzeren Unterbrechung der Leistungsversorgung [U(N)] der Betriebsschaltung aktiviert wird und in einen anderen als den durch die gespeicherte Größe (SPA) dargestellten Betriebszustand umschaltet, gekennzeichnet durch eine von der Betriebszustands-Speichereinrichtung (SP) separate Zeitgeberschaltung (C1, Ra, Rb) zur Definition einer bestimmten Zeit (ts) zur Unterscheidung längerer Unterbrechungen der Leistungsversorgung [U(N)] von den kürzeren, wobei die Umschalteinrichtung (U) durch längere Unterbrechungen zum Schalten in einen festgelegten Ausgangsbetriebszustand aktiviert wird.
  2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Zeitgeberschaltung (C1, Ra, Rb) einen Glättungs-Elektrolytkondensator (C1) auf der Ausgangsseite eines Netzgleichrichters zur Versorgung der Betriebsschaltung aufweist und die bestimmte Zeit (ts) über die Entladung dieses Kondensators (C1) definiert.
  3. Betriebsschaltung nach Anspruch 2 mit einem Entladewiderstand (Rb) zur Definition des Zeitverlaufs (ts) zur Entladung des Glättungselektrolyt-Kondensators (C1).
  4. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Rücksetzeinrichtung (SS) zum definierten Rücksetzen (SSA) der Betriebszustands-Speichereinrichtung (SP) und der Umschalteinrichtung (U) nach jeder längeren Unterbrechung als die bestimmte Zeit (ts).
  5. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Umschalteinrichtung (U) alternierend zwischen mehr als zwei Betriebszuständen umschaltet.
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