EP2012563B1 - Vorschaltgerät mit verbessertem Zündspannungsmittelwert - Google Patents
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- EP2012563B1 EP2012563B1 EP20080008476 EP08008476A EP2012563B1 EP 2012563 B1 EP2012563 B1 EP 2012563B1 EP 20080008476 EP20080008476 EP 20080008476 EP 08008476 A EP08008476 A EP 08008476A EP 2012563 B1 EP2012563 B1 EP 2012563B1
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- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
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- H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
- H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
Definitions
- the invention relates to a ballast for gas discharge lamps such as fluorescent lamps, in particular with preheatable electrodes.
- Ballasts for gas discharge lamps in particular fluorescent lamps, currently usually contain externally controlled inverters, which are controlled by a control circuit in the form of an integrated circuit.
- ballast is the data sheet "Smart Ballast Control IC for Fluorescent Lamp Ballasts" Datasheet Version 1.2, February 2006, for the integrated circuit ICB1FL02G.
- the integrated circuit has outputs for the direct control of an inverter half-bridge to which a fluorescent lamp is connected with the interposition of further components in the form of, for example, capacitors and inductors.
- the inverter half-bridge is grounded through a current sensing resistor to sense the current flowing therethrough. The voltage drop across the current sensing resistor is applied to a corresponding LSCS input of the integrated circuit.
- the integrated circuit has a further control input RFRUN, which is connected via a resistor to ground.
- the size of the resistor determines the switching frequency of the inverter half-bridge when the lamp is lit.
- Another control input RFPH is connected to earth via another resistor.
- the size of the resistor determines the switching frequency of the inverter half-bridge during preheating.
- Another input RTPH is connected via a resistor to ground. This resistance determines the length of time of the preheat phase.
- the inverter half-bridge In the preheat phase, the inverter half-bridge is operated at a switching frequency which is greater than during the operating phase. Resonance effects in the lamp branch thereby cause a preheating current in the heating coils.
- the integrated circuit goes into an ignition phase.
- the switching frequency of the inverter half bridge in steps, for example, 127 individual steps, gradually changed in the direction of the operating frequency. Occurs in this case on the current sensor resistance to a current increase, for example, as a result of the saturation of current-limiting inductances, the switching frequency is preferably by several Steps increased again. If the difference between the switching frequency during the preheat phase and the switching frequency during the operating phase is very large, the individual steps are also very large.
- the ballast according to the invention has a control circuit which has an input at which the size of the steps of the frequency change during the ignition phase can be influenced.
- the control circuit may be a discrete circuit, an integrated circuit or a mixture of discrete and integrated circuits.
- the control circuit operates during the ignition phase at a preheat switching frequency and during operation of the fluorescent lamp at an operating switching frequency. Both are predetermined switching frequencies, wherein the Vorholicschaltfrequenz is significantly higher than the operating switching frequency.
- the switching frequency goes to the operating switching frequency in steps from the preheat switching frequency down.
- the possibility of influencing, in particular reducing, the size of the steps during the ignition phase ensures that the reduction in the ignition voltage applied to the lamp becomes too great after a current violation at the current sensor resistance of the inverter. It can be ensured that the frequency change of the switching frequency is lower and thus also the Zündnapsredulement is lower. This ultimately increases the (quadratic) mean value of the ignition voltage during the ignition phase. Without further increase of the ignition peak voltage thereby the ignition of the gas discharge lamp is facilitated. This also applies to difficult ignition conditions, for example due to low temperatures, applied moisture, aged lamps or the like.
- the input for controlling the size of the steps during the ignition phase can directly control the size of the steps. But it may also be an input, which is provided for example to determine the preheating frequency.
- the operating frequency can be specified otherwise.
- the input for specifying the preheating frequency By influencing the input for specifying the preheating frequency, the difference between the operating frequency and the preheating frequency (temporary) is changed. This also changes the size of the steps (temporarily).
- the input for specifying the Vorholicschaltfrequenz can be used as an input to influence the size of the steps.
- control circuit may have an input whose wiring determines the operating switching frequency.
- the temporary influence of this input by A switch during the ignition phase can also be used to reduce the difference between the operating switching frequency and the preheat switching frequency and thus the magnitude of the steps for the frequency change.
- an input or output of the control circuit can be used, the wiring of which defines, for example with an ohmic resistance, the length of time of the preheating phase.
- the voltage dropping across the resistor can serve as a control signal for the design of the length of the preheating phase.
- the voltage drop across the resistor may be provided to control the switch.
- the concept presented is particularly suitable for use in ballasts in which a particularly large difference between the Vorholicschaltfrequenz and the operating switching frequency is required or desired.
- FIG. 1 is a ballast 1 illustrated in a simplified representation.
- a not further illustrated power supply for generating a high DC voltage U, for example, 400 volts.
- the circuit contains not further illustrated means for generating a lower DC voltage U b, for example, 15 V for supplying a control circuit 2.
- This is used to control an inverter 3, for example, comprises two switching transistors T1, T2.
- a lamp branch 4 is connected, which contains a gas discharge lamp, for example in the form of a fluorescent lamp 5.
- the fluorescent lamp 5 has heatable electrodes 6, 7 which are designed, for example, as heating coils and are connected to a heating circuit 8.
- the fluorescent lamp 5 is fed by the inverter 3 via a current limiting inductor 9.
- a coupling capacitor 10 is provided in series with the throttle 9 or other suitable location to keep away from DC potentials of the fluorescent lamp 5.
- the heating circuit 8 can, as shown, be provided by a simple capacitor 11 connecting the electrodes 6, 7 or else by more costly means, as described in the Datasheet Version 1.2, February 2006, of the ICB1FL02G "Smart Ballast Control IC for Fluorescent Lamp Ballast". the company Infineon emerge.
- the two ends of a respective electrode 6, 7 may be connected via a series resonant circuit to corresponding windings, which are arranged on the inductor 9 and inductively couple with this.
- the inverter 3 outputs a voltage which is not constant over time to the lamp circuit 8, which periodically changes between the operating voltage U (for example 400 V) and 0 V and is regarded as alternating voltage in this respect.
- U for example 400 V
- 0 V a voltage which is not constant over time to the lamp circuit 8
- a current sensor resistor 12 is provided between the lower transistor T2 of the inverter 3 and Ground. This generates a voltage drop, which characterizes the current in the inverter 3 and in particular in the lamp circuit 8.
- the control circuit 2 serving to control the inverter 3 is, for example, the integrated circuit ICB1FL02G from Infineon. This has a current monitoring input LSCS, which is connected directly or via a corresponding converter circuit 13 to the current sensor resistor 12.
- the control circuit 2 specifies the switching frequency of the inverter 3. It distinguishes between a heating phase V (Preheat), an ignition phase Z (Ignition) and an operating phase B (Run).
- the switching frequencies of the inverter 3 are set differently by the control circuit 2 in the phases V, Z and B.
- To set the respective desired switching frequencies are corresponding inputs RFRUN and RFPH the control circuit 2. At the input RFRUN the operating switching frequency for the operating phase B by the size of a corresponding grounded resistor R1 is set.
- the preheat switching frequency RFPH is determined by the ohmic resistance to be measured from the input RFPH to ground. This resistance is determined by the series connection of two resistors R2, R4.
- Another input RTPH defines the duration of the preheat phase V.
- the resistor R3 is acted upon via the terminal RTPH of the control circuit 2 to a current.
- the magnitude of the voltage drop across resistor R3 controls the length of the preheat time interval. After the same time, the current flowing through resistor R3 to ground is cut off. The voltage drop across the resistor R3 then collapses.
- the resistor R4 is bridged by a switch, which is formed in the present embodiment by a transistor T3, for example, a bipolar npn transistor. Its emitter is grounded while its collector is connected to the junction of resistors R2 and R4. Its base is connected via a resistor R5 to the input RTPH.
- a switch which is formed in the present embodiment by a transistor T3, for example, a bipolar npn transistor. Its emitter is grounded while its collector is connected to the junction of resistors R2 and R4. Its base is connected via a resistor R5 to the input RTPH.
- the ballast 1 described so far operates as follows:
- the control circuit 2 When switching on, the control circuit 2 begins to operate the inverter 3 initially with a high switching frequency of 125 kHz, for example. Within a very short time, this frequency drops to a preheat frequency of, for example, 65 kHz. For a preheat period, which is determined by the size of the resistor R3, the control circuit 2, and thus the inverter 3, now operates at a constant preheat switching frequency.
- the preheat switching frequency is significantly above the operating switching frequency of, for example, only 45 kHz.
- the preheating phase V serves to preheat the electrodes 6, 7 of the fluorescent lamp 5.
- the heating circuit 8 is designed to conduct a large part of the current output by the inverter 3 through the electrodes 6, 7 to heat them.
- the ballast 1 goes into ignition mode.
- the switching frequency of the inverter 3 is lowered. This is done, for example, in a fixed number of steps.
- the specified number can be 127.
- the lamp circuit 8 preferably operates with resonance. It can have a resonant frequency at the operating frequency FRUN, ie near 45 kHz. The current in the lamp branch and thus the inverter current increases when the switching frequency is lowered. If the still unlit fluorescent lamp 5 does not yet dampen the resonance phenomena in the lamp circuit 8, excessive current increases can occur, for example as a consequence of saturation phenomena of the reactor 9.
- Such current increases are detected at the current sensor resistor 12 and passed through the conversion circuit 13 or directly to the LSCS input of the control circuit 2. It responds by increasing the switching frequency by ten steps, for example.
- the voltage curve resulting without T3 and R5 is in FIG. 3 as curve 14 illustrates. If the frequency reaches its respective minimum, the voltage U at the fluorescent lamp 5 has its maximum, which may be above 900 volts, for example. At the same time, however, the current detected at the current sensor resistor 12 exceeds the set limit, so that the control circuit 2 greatly reduces the frequency. It comes immediately to a sharp drop in voltage 15, then how FIG. 3 shows again a gradual increase in voltage 16 follows.
- a virtual preheat switching frequency FPH ' is formed which is between the operating switching frequency FRUN and the preheating switching frequency VPH and can be significantly lower than this.
- FPH ' is formed which is between the operating switching frequency FRUN and the preheating switching frequency VPH and can be significantly lower than this.
- At least one circuit branch is present which determines the switching frequency of the inverter 3 during the preheating phase V and the ignition phase Z of the fluorescent lamp 5.
- the circuit branch at least one switch or a similar electronic component is present, that of the control circuit 2 for driving the inverter 3 during the ignition Z predetermines a different Vorholicschaltfrequenz than during the actual preheat V. This reduces the step size or step size of the frequency change during the ignition Z and subsequently the time average of the ignition voltage and the number of ignition in the phase Z occurring voltage maxima increases.
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- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Gasentladungslampen wie beispielsweise Leuchtstofflampen, insbesondere mit vorheizbaren Elektroden.
- Vorschaltgeräte für Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, enthalten gegenwärtig in der Regel fremd gesteuerte Wechselrichter, die von einer Steuerschaltung in Form einer integrierten Schaltung angesteuert werden.
- Ein solches Vorschaltgerät ist dem Datenblatt "Smart Ballast Control IC for Fluorescent Lamp Ballasts" Datasheet Version 1.2, Februar 2006, für die integrierte Schaltung ICB1FL02G zu entnehmen. Die integrierte Schaltung weist Ausgänge zur direkten Ansteuerung einer Wechselrichterhalbbrücke auf, an die unter Zwischenschaltung weiterer Bauelemente in Form von beispielsweise Kondensatoren und Induktivitäten eine Leuchtstofflampe angeschlossen ist. Die Wechselrichterhalbbrücke ist über einen Stromfühlerwiderstand gegen Masse geschaltet, um den durch sie hindurch fließenden Strom zu erfassen. Die über dem Stromfühlerwiderstand abfallende Spannung liegt an einem entsprechenden Eingang LSCS der integrierten Schaltung an.
- Die integrierte Schaltung weist einen weiteren Steuereingang RFRUN auf, der über einen Widerstand gegen Masse geschaltet ist. Mit der Größe des Widerstands wird die Schaltfrequenz der Wechselrichterhalbbrücke bei brennender Lampe festgelegt. Ein weiterer Steuereingang RFPH ist über einen weiteren Widerstand gegen Masse geschaltet. Die Größe des Widerstands legt die Schaltfrequenz der Wechselrichterhalbbrücke beim Vorheizen fest. Ein weiterer Eingang RTPH ist über einen Widerstand gegen Masse geschaltet. Dieser Widerstand legt die zeitliche Länge der Vorheizphase fest.
- In der Vorheizphase wird die Wechselrichterhalbbrücke mit einer Schaltfrequenz betrieben, die größer ist als während der Betriebsphase. Durch Resonanzeffekte in dem Lampenzweig wird dadurch ein Vorheizstrom in den Heizwendeln bewirkt. Ist die Vorheizphase zu Ende, geht die integrierte Schaltung in eine Zündphase über. In dieser wird die Schaltfrequenz der Wechselrichterhalbbrücke in Schritten, beispielsweise 127 Einzelschritten, nach und nach in Richtung der Betriebsfrequenz verändert. Tritt dabei an dem Stromfühlerwiderstand eine Stromüberhöhung auf, beispielsweise in Folge der Sättigung von strombegrenzenden Induktivitäten, wird die Schaltfrequenz vorzugsweise um mehrere Schritte wieder erhöht. Wenn der Unterschied zwischen der Schaltfrequenz während der Vorheizphase und der Schaltfrequenz während der Betriebsphase sehr groß ist, sind die einzelnen Schritte ebenfalls sehr groß. Durch den entsprechend großen Frequenzunterschied beim Erhöhen der Schaltfrequenz in Reaktion auf eine erfasste Stromgrenzwertüberschreitung am Wechselrichter, entstehen während der Zündphase sehr starke Frequenzschwankungen, die wiederum eine in der Hüllkurve etwa sägezahnförmig verlaufende Spannung an der Leuchtstofflampe zur Folge haben. Während die Zündspannung an den Spitzen des Sägezahns durchaus sehr hohe Werte erreichen kann, ist jedoch der Mittelwert, insbesondere der quadratische Mittelwert, der Zündspannung nicht so groß. Bei schwierigen Zündbedingungen, beispielsweise in Folge von niedrigen Lampentemperaturen, reichen die kurzen Zeitspannen, in denen die Zündspannung tatsächlich hoch ist, für ein sicheres Zünden der Lampe manchmal nicht aus.
- Es ist Aufgabe, hier abzuhelfen und eine Möglichkeit anzugeben, die Zündspannungserzeugung bei Vorschaltgeräten der genannten Art zu verbessern.
- Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät weist eine Steuerschaltung auf, die einen Eingang aufweist, an dem die Größe der Schritte der Frequenzänderung während der Zündphase beeinflussbar ist. Bei der Steuerschaltung kann es sich um eine diskrete Schaltung, eine integrierte Schaltung oder eine Mischung aus diskreten und integrierten Schaltungen handeln. Die Steuerschaltung arbeitet während der Zündphase mit einer Vorheizschaltfrequenz und während des Betriebs der Leuchtstofflampe mit einer Betriebsschaltfrequenz. Beides sind vorgegebene Schaltfrequenzen, wobei die Vorheizschaltfrequenz deutlich höher als die Betriebsschaltfrequenz ist. Während der Zündphase geht die Schaltfrequenz in Schritten von der Vorheizschaltfrequenz auf die Betriebsschaltfrequenz herunter.
- Durch die Möglichkeit, die Größe der Schritte während der Zündphase zu beeinflussen, insbesondere zu verringern wird erreicht, dass die Verringerung der an der Lampe anstehenden Zündspannung nach einer Stromüberschreitung an dem Stromfühlerwiderstand des Wechselrichters zu groß wird. Es kann sichergestellt werden, dass die Frequenzänderung der Schaltfrequenz geringer und somit auch die Zündspannungsreduktion geringer wird. Dadurch steigt letztendlich der (quadratische) Mittelwert der Zündspannung während der Zündphase. Ohne weitere Erhöhung der Zündspitzenspannung wird dadurch die Zündung der Gasentladungslampe erleichtert. Dies gilt auch für schwierige Zündbedingungen, beispielsweise durch niedrige Temperaturen, anliegende Feuchtigkeit, gealterte Lampen oder dergleichen.
- Der Eingang zur Steuerung der Größe der Schritte während der Zündphase kann die Größe der Schritte unmittelbar steuern. Es kann sich aber auch um einen Eingang handeln, der beispielsweise zur Festlegung der Vorheizfrequenz vorgesehen ist. Die Betriebsfrequenz kann anderweitig vorgegeben werden. Durch Beeinflussung des Eingangs zur Vorgabe der Vorheizfrequenz wird die Differenz zwischen der Betriebsfrequenz und der Vorheizfrequenz (temporär) geändert. Dadurch wird die Größe der Schritte (temporär) ebenfalls geändert. Damit kann der Eingang zur Vorgabe der Vorheizschaltfrequenz als Eingang zur Beeinflussung der Größe der Schritte genutzt werden.
- Alternativ kann ein anderer Eingang der Steuerschaltung zur Beeinflussung der Größe der Schritte genutzt werden. Beispielsweise kann die Steuerschaltung einen Eingang aufweisen, dessen Beschaltung die Betriebsschaltfrequenz festlegt. Die temporäre Beeinflussung dieses Eingangs durch einen Schalter während der Zündphase kann ebenfalls dazu genutzt werden, die Differenz zwischen Betriebsschaltfrequenz und Vorheizschaltfrequenz und somit die Größe der Schritte für die Frequenzänderung zu vermindern.
- Zur Steuerung des Schalters, der die Größe der Schritte beeinflusst, kann ein Ein- bzw. Ausgang der Steuerschaltung genutzt werden, dessen Beschaltung beispielsweise mit einem Ohmschen Widerstand die zeitliche Länge der Vorheizphase festlegt. Die an dem Widerstand abfallende Spannung kann als Steuersignal für die Bemessung der Länge der Vorheizphase dienen. Außerdem kann die an dem Widerstand abfallende Spannung zur Steuerung des Schalters vorgesehen werden.
- Das vorgestellte Konzept eignet sich insbesondere zur Anwendung bei Vorschaltgeräten, bei denen ein besonders großer Unterschied zwischen der Vorheizschaltfrequenz und der Betriebsschaltfrequenz erforderlich oder gewünscht ist.
- Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung oder Ansprüchen. Die Beschreibung beschränkt sich dabei wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
-
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät in weitgehend abstrahierter Schaltung, -
Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Spannung an der Lampe und der Schaltfrequenz des Wechselrichters beim Vorheizen und Zünden (idealisiert) und -
Figur 3 verschiedene Verläufe der Zündspannung U während der Zündphase bei verschieden großen Schritten der Verstellung der Schaltfrequenz. - In
Figur 1 ist ein Vorschaltgerät 1 in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Zu ihm gehört eine nicht weiter veranschaulichte Spannungsversorgung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung U von beispielsweise 400 Volt. Des Weiteren enthält die Schaltung nicht weiter veranschaulichte Mittel zur Erzeugung einer niederen Gleichspannung Ub von beispielsweise 15 V zur Versorgung einer Steuerschaltung 2. Diese dient der Ansteuerung eines Wechselrichters 3, der z.B. zwei Schalttransistoren T1, T2 umfasst. An den Wechselrichter 3 ist ein Lampenzweig 4 angeschlossen, der eine Gasentladungslampe, beispielsweise in Form einer Leuchtstofflampe 5 enthält. Die Leuchtstofflampe 5 weist beheizbare Elektroden 6, 7 auf, die beispielsweise als Heizwendeln ausgebildet sind und an einen Heizkreis 8 angeschlossen sind. Die Leuchtstofflampe 5 wird von dem Wechselrichter 3 über eine strombegrenzende Drossel 9 gespeist. Gegebenenfalls ist zur Fernhaltung von Gleichspannungspotentialen von der Leuchtstofflampe 5 ein Koppelkondensator 10 in Reihe mit der Drossel 9 oder an anderer geeigneter Stelle vorgesehen. Der Heizkreis 8 kann, wie dargestellt, durch einen einfachen die Elektroden 6, 7 verbindenden Kondensator 11 oder auch durch aufwendigere Mittel bereitgestellt werden, wie sie aus dem Datasheet Version 1.2, Februar 2006, des ICB1FL02G "Smart Ballast Control IC for Fluorescent Lamp Ballasts" der Firma Infineon hervorgehen. Beispielsweise können die beiden Enden einer jeweiligen Elektrode 6, 7 über einen Reihenschwingkreis an entsprechende Wicklungen angeschlossen sein, die auf der Drossel 9 angeordnet sind und induktiv mit dieser koppeln. - Der Wechselrichter 3 gibt eine zeitlich nicht konstante Spannung an den Lampenkreis 8 ab, die zwischen der Betriebsspannung U (z.B. 400 Volt) und 0 V periodisch wechselt und insoweit als Wechselspannung angesehen wird. Zwischen dem unteren Transistor T2 des Wechselrichters 3 und Masse ist ein Stromfühlerwiderstand 12 vorgesehen. Dieser erzeugt einen Spannungsabfall, der den Strom in dem Wechselrichter 3 und insbesondere auch in dem Lampenkreis 8 kennzeichnet.
- Die zur Steuerung des Wechselrichters 3 dienende Steuerschaltung 2 ist beispielsweise die integrierte Schaltung ICB1FL02G der Firma Infineon. Diese weist einen Stromüberwachungseingang LSCS auf, der direkt oder über eine entsprechende Umsetzerschaltung 13 mit dem Stromfühlerwiderstand 12 verbunden ist. Die Steuerschaltung 2 gibt die Schaltfrequenz des Wechselrichters 3 vor. Sie unterscheidet dabei zwischen einer Aufheizphase V (Preheat), einer Zündphase Z (Ignition) und einer Betriebsphase B (Run). Die Schaltfrequenzen des Wechselrichters 3 werden von der Steuerschaltung 2 in den Phasen V, Z und B unterschiedlich festgelegt. Zur Einstellung der jeweils gewünschten Schaltfrequenzen dienen entsprechende Eingänge RFRUN und RFPH der Steuerschaltung 2. An dem Eingang RFRUN wird die BetriebsSchaltfrequenz für die Betriebsphase B durch die Größe eines entsprechenden gegen Masse geschalteten Widerstands R1 festgelegt.
- Die Vorheizschaltfrequenz RFPH wird durch den Ohmschen Widerstand festgelegt, der ausgehend von dem Eingang RFPH gegen Masse zu messen ist. Dieser Widerstand wird durch die Reihenschaltung zweier Widerstände R2, R4 festgelegt.
- Ein weiterer Eingang RTPH legt die Zeitdauer der Vorheizphase V fest. Der Widerstand R3 wird dazu über den Anschluss RTPH der Steuerschaltung 2 mit einem Strom beaufschlagt. Die Größe des Spannungsabfalls an dem Widerstand R3 steuert die Länge des Vorheizzeitintervalls. Nach Ablauf desselben wird der den Widerstand R3 gegen Masse durchfließende Strom abgeschaltet. Der Spannungsabfall über den Widerstand R3 bricht dann zusammen.
- Der Widerstand R4 ist durch einen Schalter überbrückt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Transistor T3, beispielsweise einen bipolar npn-Transistor gebildet wird. Sein Emitter liegt auf Masse während sein Kollektor mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R4 verbunden ist. Seine Basis ist über einen Vorwiderstand R5 mit dem Eingang RTPH verbunden.
- Das insoweit beschriebene Vorschaltgerät 1 arbeitet wie folgt:
- Beim Einschalten beginnt die Steuerschaltung 2 den Wechselrichter 3 zunächst mit einer hohen Schaltfrequenz von beispielsweise 125 kHz zu betreiben. Binnen kürzester Zeit fällt diese Frequenz auf eine Vorheizfrequenz von beispielsweise 65 kHz ab. Für eine Vorheizzeitspanne, die durch die Größe des Widerstands R3 festgelegt wird, arbeitet die Steuerschaltung 2 und somit der Wechselrichter 3 nun mit konstanter Vorheiz-Schaltfrequenz. Die Vorheizschaltfrequenz liegt erheblich über der Betriebsschaltfrequenz von beispielsweise lediglich 45 kHz.
- Die Vorheizphase V dient dazu, die Elektroden 6, 7 der Leuchtstofflampe 5 vorzuwärmen. Der Heizkreis 8 ist so ausgelegt, dass er einen großen Teil des von dem Wechselrichter 3 abgegebenen Stroms durch die Elektroden 6, 7 leitet, um diese zu erwärmen.
- Ist die Vorheizphase V abgeschlossen, geht das Vorschaltgerät 1 in Zündbetrieb über. Dazu wird die Schaltfrequenz des Wechselrichters 3 abgesenkt. Dies erfolgt beispielsweise in einer festgelegten Anzahl von Schritten. Die festgelegte Anzahl kann die Zahl 127 sein. Somit wird die Frequenzdifferenz zwischen der Vorheizschaltfrequenz FPH und der Betriebsschaltfrequenz FRUN in 127 kleine Schritte S unterteilt. Der Lampenkreis 8 arbeitet vorzugsweise mit Resonanz. Er kann eine Resonanzfrequenz bei der Betriebsfrequenz FRUN, d.h. in der Nähe von 45 kHz haben. Der Strom im Lampenzweig und somit der Wechselrichterstrom nimmt bei Absenkung der Schaltfrequenz zu. Bedämpft die noch ungezündete Leuchtstofflampe 5 die Resonanzphänomene in dem Lampenkreis 8 noch nicht, kann es zu übermäßigen Stromanstiegen beispielsweise in Folge von Sättigungserscheinungen der Drossel 9 kommen. Solche Stromanstiege werden an dem Stromfühlerwiderstand 12 erfasst und über die Umsetzschaltung 13 oder auch direkt an den Eingang LSCS der Steuerschaltung 2 weitergegeben. Diese reagiert darauf mit einer Vergrößerung der Schaltfrequenz beispielsweise um zehn Schritte S. Der sich ohne T3 und R5 ergebende Spannungsverlauf ist in
Figur 3 als Kurve 14 veranschaulicht. Erreicht die Frequenz ihr jeweiliges Minimum, hat die Spannung U an der Leuchtstofflampe 5 ihr Maximum, das beispielsweise oberhalb von 900 Volt liegen kann. Zugleich überschreitet der an dem Stromfühlerwiderstand 12 erfasste Strom jedoch den festgelegten Grenzwert, so dass die Steuerschaltung 2 die Frequenz stark reduziert. Es kommt augenblicklich zu einem starken Spannungsabfall 15, auf den dann, wieFigur 3 zeigt, wieder ein allmählicher Spannungsanstieg 16 folgt. - Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach
Figur 1 tritt dieser Effekt jedoch nicht in dem dargestellten Maße sondern nur in abgeschwächter Form auf. Während der Vorheizphase überbrückt T3 wegen der an dem Widerstand R3 anliegenden Spannung den Widerstand R4. Für die Vorheizphase V ist somit die allein von dem Widerstand R2 vorgegebene Vorheizschaltfrequenz FPH von beispielsweise 65 kHz vorgegeben. Ist die Vorheizphase V jedoch abgelaufen und geht das Vorschaltgerät 1 in Zündbetrieb über, verschwindet die Spannung über dem Widerstand R3. Der Transistor T3 wird dadurch nichtleitend. Nunmehr bestimmen die in Reihe geschalteten Widerstände R2 und R4 die Vorheizschaltfrequenz FPH. Es wird eine virtuelle Vorheizschaltfrequenz FPH' gebildet, die zwischen der Betriebsschaltfrequenz FRUN und der Vorheizschaltfrequenz VPH liegt und deutlich niedriger sein kann als diese. Somit gilt für die Zündphase Z nicht nur eine virtuell verminderte Vorheizschaltfrequenz, sondern es ergeben sich insbesondere verkleinerte Schritte S, in dem die verminderte Differenz FPH' minus FRUN durch die vorgegebene Anzahl von Schritten von beispielsweise 127 geteilt wird. - Das sich ergebende Verhalten des Vorschaltgeräts 1 während der Zündphase Z ist in
Figur 3 als Kurve 17 veranschaulicht. Bei Erreichen der maximalen Zündspannung und Auftreten eines maximalen Stroms an den Stromfühlerwiderstand 12 wird die Schaltfrequenz wiederum erhöht. Dies ergibt jeweils einen Spannungsabfall 18, wobei dieser aufgrund der kleineren Schritte nun deutlich geringer ist als ohne Umschaltung der Vorheizschaltfrequenz FPH auf FPH'. Folglich dauert es bei dem nachfolgenden Spannungsanstieg 19 auch nicht mehr so lange bis die nächste Spannungsspitze wieder erreicht. Deshalb treten die Spannungsspitzen in wesentlich dichterer zeitlicher Folge auf als bei der Kurve 14. Außerdem sind die Spannungsminima deutlich höher. Dies ergibt einen höheren zeitlichen (quadratischen) Mittelwert der Zündspannung U gemäßFigur 3 an der Kurve 17. - Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät 1 ist zumindest ein Schaltungszweig vorhanden, der die Schaltfrequenz des Wechselrichters 3 während der Vorheizphase V und der Zündphase Z der Leuchtstofflampe 5 bestimmt. In dem Schaltungszweig ist zumindest ein Schalter oder ein ähnliches elektronisches Bauelement vorhanden, das der Steuerschaltung 2 zur Ansteuerung des Wechselrichters 3 während der Zündphase Z eine andere Vorheizschaltfrequenz vorgibt als während der eigentlichen Vorheizphase V. Dadurch wird die Schrittweite oder Schrittgröße der Frequenzänderung während der Zündphase Z vermindert und in der Folge der zeitliche Mittelwert der Zündspannung und die Anzahl der in der Zündphase Z auftretenden Spannungsmaxima erhöht.
-
- 1
- Vorschaltgerät
- 2
- Steuerschaltung
- 3
- Wechselrichter
- 4
- Lampenzweig
- 5
- Leuchtstofflampe
- 6, 7
- Elektroden
- 8
- Heizkreis
- 9
- Drossel
- 10
- Koppelkondensator
- 11
- Kondensator
- 12
- Stromfühlerwiderstand
- 13
- Umsetzschaltung
- 14
- Kurve
- 15
- Spannungsabfall
- 16
- Spannungsanstieg
- 17
- Kurve
- 18
- Spannungsabfall
- 19
- Spannungsanstieg
Claims (10)
- Vorschaltgerät (1) für Gasentladungslampen, insbesondere Niederdruck-Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen (5),
mit einem Wechselrichter (3), der aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt, aus der die Gasentladungslampe (5) mit Strom versorgt wird,
mit einer Steuerschaltung (ICB1FL02G), die dem Wechselrichter (3) eine Schaltfrequenz (F) während einer Vorheizphase (V), einer Zündphase (Z) sowie einer Betriebsphase (B) vorgibt, wobei
die Steuerschaltung (ICB1FL02G) zumindest einen ersten und zweiten Eingang (RFFH, RFRUN) zur Vorgabe einer Vorheiz- und Betriebs-Schaltfrequenz aufweist und wobei
die Steuerschaltung (ICB1FL02G) eine Komponente enthält, die dazu eingerichtet ist, die Schaltfrequenz (F) während der Zündphase in Schritten (S) von einer Vorheiz-Schalt-frequenz (FPH) auf die Betriebs-Schaltfrequenz (RUN) übergehen zu lassen, wobei die Schritte (S) eine Größe aufweisen, die von der Differenz der Vorheiz- und Betriebs-Schaltfrequenz abhängt,
und wobei die Steuerschaltung (ICB1FL02G) einen Stromüberwachungseingang (LSCS) aufweist,
und wobei die Steuerschaltung (ICB1FL02G) dazu eingerichtet ist, bei Stromanstieg des Wechselrichterstroms auf einen maximalen Strom während der Zündphase die Schaltfrequenz (F) um einen oder mehrere Schritte (S) zu vergrößern,
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem ersten Eingang der Steuerschaltung (RFPH) ein ersten Widerstand (R4) angeschlossen ist, der die Vorheiz- und/ oder Betriebs-Schaltfrequenz beeinflusst, und dass an dem ersten Eingang (RFPH) der Steuerschaltung (ICB1FL02G) ein Schalter (T3) parallel zu dem ersten Widerstand (R4) angeschlossen ist, wobei der Schalter (13) derart ausgestaltet ist, daß der Schalter den ersten Widerstand (R4) während der Zündphase überbrückt, um die Größe der Schritte (S) während der Zündphase zu beeinflussen. - Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wechselrichter (3) und der Gasentladungslampe (5) wenigstens eine Strombegrenzungsdrossel (9) angeordnet ist, wobei die Gasentladungslampe (5) von dem Wechselrichter (3) über die Strombegrenzungsdrossel (9) gespeist wird.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (RFPH) zur Vorgabe der Vorheiz-Schalt-frequenz (FPH) vorgesehen ist.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingang (RFRUN) zur Vorgabe der Betriebs-Schalt-frequenz (FRUN) vorgesehen ist.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (S) eine vorgegebene Anzahl aufweisen.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Schritte die Differenz der Vorheiz-Schaltfrequenz (FPH') und der Betriebs-Schaltfrequenz (FRUN) geteilt durch die Anzahl der Schritte (S) ist.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromüberwachungseinrichtung (12) zur Überwachung des Wechselrichterstroms vorgesehen ist.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromüberwachungseinrichtung an dem Stromüberwachungseingang der Steuerschaltung (ICB1FL02G) angeschlossen ist, um die Schaltfrequenz während der Zündphase (Z) um einen oder mehrere Schritte (S) zu erhöhen, wenn der Wechselrichterstrom den maximalen Strom überschreitet.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (T3) an einen Anschluss (RTPH) der Steuerschaltung (ICB1FL02G) angeschlossen ist, dessen Beschaltung mit einem zweiten Widerstand (R3) zur Steuerung der Dauer der Zündphase (Z) dient, wobei die an dem zweiten Widerstand (R3) abfallende Spannung zur Steuerung des Schalters verwendet wird, so dass der Schalter (T3) für die Dauer der Zündphase aktiviert wird.
- Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (T3) während der Zündphase (Z) die Vorgabe der Vorheiz-Schaltfrequenz vermindert, um dadurch die Größe der Schritte (S) zu verringern.
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