Beschreibung

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord ^¬ nung zum Betreiben einer Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden mit einem Eingangsanschluss zum Anlegen einer Eingangsspannung, einem Ausgangsanschluss zum Bereitstel ^¬ len einer Ausgangsspannung an einen Lampengenerator zum Betreiben der Entladungslampe, einer zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss gekoppelten Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur, einer ü- berwachungsvorrichtung, die ausgelegt ist, den Lampengenerator bei Vorliegen mindestens eines Abschaltkriteriums abzuschalten, und einer integrierten Schaltung, die ausgelegt ist, die Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkor- rektur anzusteuern, wobei die integrierte Schaltung einen Disable-Eingang aufweist.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft die Problematik, dass ein Fehlerfall einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden im AIl- gemeinen direkt am Lampengenerator auftritt, beispiels ^¬ weise beim Entfernen der Lampe, bei einer nicht zündenden Lampe oder beim EoL (End of Life) . Nach der Detektion eines Fehlerfalls bleibt dann der Lampengenerator bis zur Wiederherstellung des Normalzustands abgeschaltet. Dabei dienen im Allgemeinen eine oder mehrere Elektroden der Entladungslampe dazu, eine Information über den ordnungs-

gemäßen Anschluss der Entladungslampe an der Schaltungs ^¬ anordnung zu erhalten. Wird die Entladungslampe ge ^¬ tauscht, so wird ein Stromkreis unterbrochen, der diesen Abschaltzustand aufrechterhalten hat. Damit ist die Mög- lichkeit für einen neuen Startversuch der Entladungslampe eröffnet .

Die bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehene Schaltungseinheit zur Bewirkung der Leistungsfaktorkorrektur ist häufig mittels eines Standard-PFC (Power Factor Correction) -IC (Integrated Circuit) realisiert, beispielsweise mit dem L6562 der Firma STM. Zur Vermei ^¬ dung eines intermittierenden Betriebs der Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur bei abgeschaltetem Lampengenerator müssen daher Maßnahmen getroffen werden, dass auch diese Schaltungseinheit bis zur Wiederherstel ^¬ lung des Normalzustands abgeschaltet bleibt, dann jedoch ihre Tätigkeit wieder aufnimmt.

Eine Lösung, die darin bestehen könnte, den Anlaufstromkreis der Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur über mindestens eine Lampenwendel zu führen, verbietet sich jedoch, weil sonst das so genannte aktive „pull down" des von der Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur angesteuerten Leistungsschalters, der üblicherweise ein Mosfet ist, nicht unter allen Betriebsbedingun- gen gewährleistet werden könnte und die Gefahr einer Zer ^¬ störung dieses Leistungsschalters bestünde.

Im Stand der Technik, d.h. bei einer gattungsgemäßen

Schaltungsanordnung, misst die integrierte Schaltung die

Eingangsspannung und die Ausgangsspannung. Falls die Wer- te in einem vorgegebenen Wertebereich liegen, wird eine

Startsequenz ausgelöst. Ohne Last, d. h. ohne eingesetzte Lampe, wird dabei die Ausgangsspannung UA sehr hoch. Im intermittierenden Betrieb wurden an den Lampenklemmen Spannungen bis 480 V gemessen. Damit fällt die Schal- tungsanordnung in eine Sicherheitsklasse, die mit aufwän ^¬ digen Vorkehrungen zur Verhinderung von Unfällen einhergeht. Das überschreiten eines vorgebbaren Schwellwerts für die Ausgangsspannung wird von der integrierten Schaltung festgestellt, die daraufhin abschaltet. Dadurch sinkt die Ausgangsspannung wieder, was wiederum von der integrierten Schaltung festgestellt wird, und zum Auslö ^¬ sen einer erneuten Startsequenz führt. Dieses Prozedere wiederholt sich, obwohl keine Lampe eingesetzt ist, und führt zu einer starken Belastung der beteiligten Bauele- mente.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, um mit minimalem schaltungstechnischem Aufwand einen intermit- tierenden Betrieb der Schaltungseinheit der Leistungsfaktorkorrektur zu vermeiden und eine zuverlässige Aktivie ^¬ rung der Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur in gewünschten Zeiträumen sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe mit den Merkmalen von Patentanspruch 8.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn eine Sperrvorrichtung vorgesehen wird, die nach dem Master- Slave-Prinzip mit dem Lampengenerator gekoppelt ist, wo- bei der Lampengenerator den Master darstellt und die Sperrvorrichtung den Slave. Sobald also der Lampengenera ^¬ tor infolge eines Auftretens eines Fehlerfalls abgeschal ^¬ tet wird, führt dies automatisch dazu, dass die Sperrvor ^¬ richtung ein Sperrsignal erzeugt, wobei das Sperrsignal an den Disable-Eingang der integrierten Schaltung gekoppelt ist. Dadurch wird die integrierte Schaltung abge ^¬ schaltet, eine Ansteuerung der Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur und damit ein intermittierende Betrieb unterbleibt. Sobald aber die Aufhebung des Feh- lerfalls erkannt wird, d. h. der Lampengenerator wieder in Betrieb ist, wird die Ausgabe eines Sperrsignals durch die Sperrvorrichtung gestoppt, wodurch die Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur ihre Arbeit wieder aufnimmt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird daher auf einfachste Weise sichergestellt, dass die Schaltungsein ^¬ heit zur Leistungsfaktorkorrektur in Betrieb ist, solange der Lampengenerator in Betrieb ist, und abgeschaltet ist, sobald der Lampengenerator abgeschaltet ist.

Durch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird der intermittierende Betrieb und die damit verbundene Belas ^¬ tung der Bauteile der gesamten Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur im Lampenfehlerfall vermieden. Zum anderen ist ein Neustart der Schaltungsanordnung einschließlich der Schaltungseinheit zur Leistungsfaktorkor- rektur nach einem Lampenwechsel problemlos, d. h. ohne weiteres Eingreifen durch einen Benutzer, möglich. Beson-

ders vorteilhaft ist dabei der Umstand, dass bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an den Lampenklemmen nur mehr Spannungen von ca. 325 V entstehen. Damit ist eine andere Sicherheitsklasse einschlägig, die mit deutlich weniger Auflagen und damit deutlich weniger Aufwand einhergeht.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sperrvorrichtung ausgelegt ist, an ihrem Ausgang bei ein- geschaltetem Lampengenerator ein Freigabesignal zu erzeugen. Dadurch wird erreicht, dass die integrierte Schal ^¬ tung gesperrt wird und damit keine Ansteuerung der Schal ^¬ tungseinheit zur Leistungsfaktorkorrektur vornimmt, solange der Lampengenerator ausgeschaltet ist. Umgekehrt wird, solange der Lampengenerator eingeschaltet ist, ein Freigabesignal erzeugt, d. h. die integrierte Schaltung veranlasst die Schaltungseinheit zur Bewirkung der Leis ^¬ tungsfaktorkorrektur entsprechend anzusteuern.

Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Sperrvor- richtung einen elektronischen Schalter umfasst, der eine Steuerelektrode aufweist, wobei die Steuerelektrode zum einen verbunden ist mit einem Deaktivierungssignal, das ausgelegt ist, die Sperrvorrichtung im eingeschalten Zustand des Lampengenerators zu deaktivieren, und einem Ak- tivierungssignal, das ausgelegt ist, die Sperrvorrichtung im ausgeschalteten Zustand des Lampengenerators zu akti ^¬ vieren. Hierbei ist bevorzugt, wenn das Aktivierungssig ^¬ nal mit einer Spannung der Schaltungsanordnung korreliert ist, die ausreicht, den elektronischen Schalter ohne Vor- handensein des Deaktivierungssignals einzuschalten, wobei das Deaktivierungssignal mit einer Spannung korreliert

ist, die nur im eingeschalteten Zustand des Lampengenera ^¬ tors eine Amplitude aufweist, die ausreicht, den elektro ^¬ nischen Schalter trotz Vorhandenseins des Aktivierungs ^¬ signals zu sperren. Durch diese Maßnahme wird eine auf- wändige Gatterlogik vermieden, da das Aktivierungs- und das Deaktivierungssignal beide an die Steuerelektrode des elektronischen Schalters angelegt werden können, wobei sich das Deaktivierungssignal, sofern es dann vorhanden ist, gegenüber dem Aktivierungssignal durchsetzt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist der Lampengenerator einen Trapezkondensator auf, wobei der elektronische Schalter ein Bipolartransistor ist, wobei das Aktivierungssignal mit der Eingangsspannung korreliert ist, und wobei das Deaktivierungssignal mit der Spannung an dem Trapezkondensator, insbesondere mit der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit du/dt, korreliert ist. Dies bietet den Vorteil, dass quasi ohne zusätzliche Bauelemente, d. h. ohne zusätzliche Kosten und ohne zusätzlichen Bestü ^¬ ckungsaufwand, die Erzeugung des Aktivierungssignals und des Deaktivierungssignals vorgenommen werden kann.

Besonders bevorzugt ist der elektronische Schalter der Sperrvorrichtung als Transistor ausgeführt, dessen Bezugselektrode mit Masse verbunden ist, wobei das Deakti ^¬ vierungssignal eine erste Spannung und das Aktivierungs- signal eine zweite Spannung darstellt, wobei die zweite Spannung ausgelegt ist, den Transistor ohne Vorhandensein der ersten Spannung leitend zu schalten, und wobei die erste Spannung ausgelegt ist, den Transistor trotz des Vorhandenseins der zweiten Spannung sperrend zu schalten.

Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die erste und die zweite Spannung über jeweils einen ohmschen Widerstand an die Steuerelektrode des Transistors gekoppelt sind.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanord ^¬ nung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten, soweit anwendbar, entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher be ^¬ schrieben. Diese zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord ^¬ nung. Dabei liegt zwischen den Eingangsklemmen El, E2 eine Eingangsspannung U _E , vorliegend die Netzspannung, an. Darauf folgt eine Sicherung Si sowie eine Einheit 10, die einen Kondensator Cl und zwei miteinander gekoppelte Spulen FIl und F12 umfasst, und der Funkentstörung dient. Daran schließt sich ein Gleichrichter 12 an, der die Dioden Dl, D2, D3 und D4 umfasst. Die gleichgerichtete Span ^¬ nung wird an einem Kondensator C2 einem Hochsetzsteller 14 bereitgestellt, der eine Hochsetzstellerdrossel Ll,

eine Hochsetzstellerdiode D5 und einen Hochsetzsteller- schalter Tl umfasst. Die Ausgangsspannung U _A des Hoch- setzstellers 14 wird an einem Kondensator C3 insbesondere als so genannte Zwischenkreisspannung dem Lampengenerator LG bereitgestellt. Unter dem Begriff des Lampengenerators LG ist die Kombination aus Wechselrichter, ausgeführt insbesondere als Halb- oder Vollbrückenschaltung, und Lastkreis zu verstehen. An den Lampengenerator ist die Lampe La gekoppelt und über einen Koppelkondensator C _κ an das Bezugspotential gekoppelt.

Zur Leistungsfaktorkorrektur wird neben dem Hochsetzstel- ler 14 eine integrierte Schaltung 16 verwendet, die den Schalter Tl des Hochsetzstellers 14 zur Bewirkung einer Leistungsfaktorkorrektur über ihren Pin 7 und den ohm- sehen Widerstand Rl ansteuert. Bei der integrierten Schaltung 16 kann es sich beispielsweise um einen Baustein L6562 der Firma STM handeln. Pin 6 der integrierten Schaltung 16 ist mit einem Bezugspotential, vorliegend Masse, verbunden. Die Spannungsversorgung der integrier- ten Schaltung 16 erfolgt über den Pin 8, wobei die Anlaufstromversorgung über den ohmschen Widerstand R2 erfolgt, während die Dauerbetriebsspannungsversorgung unter Beteiligung der Bauelemente C4, R3, D6, Zl, C5 und C6 so ^¬ wie einer Induktivität L2 erfolgt, die zusammen mit der Induktivität Ll einen übertrager bildet. Die Ausgangs ^¬ spannung U _A wird unter Beteiligung der Bauelemente R4, R5 und C7 über die Pins 1 und 2 der integrierten Schaltung 16 gemessen, wobei durch die Beschaltung der Pins 1 und 2 ein Integrator gebildet wird. Die Messung der Eingangs- Spannung U _E erfolgt am Pin 3 unter Beteiligung der Bauelemente R6, R7 und C8. Am Pin 4 wird über den Spannungs-

abfall am ohmschen Widerstand R8 der Strom durch den Schalter Tl überwacht. Pin 5 der integrierten Schaltung 16 beinhaltet eine Doppelfunktion: das Erkennen der Ent- magnetisierung der Speicherdrossel Ll über die Hilfswick- lung L2 den so genannten Disable-Eingang. Im Normalzustand, d. h außerhalb eines Fehlerfalls, liegt am Pin 5 über einen ohmschen Widerstand R9 ein Spannungspotential an, das einem Freigabesignal entspricht. Dadurch wird si ^¬ chergestellt, dass die integrierte Schaltung 16 über Pin 7 den Schalter Tl des Hochsetzstellers 14 zur Bewirkung einer Leistungsfakturkorrektur ansteuert. Sobald jedoch im Lampengenerator LG ein Fehlerfall festgestellt wird, sorgt eine Sperrvorrichtung 18 dafür, dass das Potential des Pins 5 der integrierten Schaltung 16 dahingehend ver- ändert wird, dass es zu einer Sperrung der Ansteuerung des Schalters Tl über Pin 7 der integrierten Schaltung 16 kommt. Die Sperrvorrichtung 18 umfasst einen Schalter T2, zwei ohmsche Widerstände RIO, RIl, eine Diode D7 sowie Anschlüsse Sl, S2, an die eine negative Hilfsspannung U _H angelegt wird. Solange die negative Hilfsspannung U _H , die beispielsweise aus einem Trapezkondensator des Lampenge ^¬ nerators LG gewonnen wird, vorhanden ist, wird der Transistor T2 gesperrt, so dass am Pin 5 der integrierten Schaltung 16 über den ohmschen Widerstand R9 ein Signal anliegt, das wie erwähnt, zur gewünschten Ansteuerung des Schalters Tl des Hochsetzstellers 14 zur Bewirkung einer Leistungsfaktorkorrektur führt. Sobald der Lampengenerator LG im Fehlerfall, d. h. bei Festellen mindestens ei ^¬ nes Abschaltkriteriums durch eine überwachungsvorrichtung 20 deaktiviert wird, entfällt das Signal U _H zur Deakti ^¬ vierung der Sperrvorrichtung 18. Vielmehr wird nunmehr über die ohmschen Widerstände R2 und RIO ein Aktivie-

rungssignal an den Schalter T2 gelegt, das dazu führt, dass der Schalter T2 leitend geschaltet wird, so dass am Pin 5 nahezu das Bezugspotential, vorliegend Masse, an ^¬ liegt, das einem Aktiv Low entspricht. Dies führt dazu, dass die integrierte Schaltung 16 die Ansteuerung des Schalters Tl des Hochsetzstellers 14 über Pin 7 beendet.

Sobald die überwachungsvorrichtung 20 feststellt, dass das mindestens eine Abschaltkriterium für den Lampengene ^¬ rator LG nicht mehr vorliegt, wird der Lampengenerator LG wieder in Betrieb gesetzt. Dadurch wird wiederum die Hilfsspannung U _H erzeugt, die zu einem Sperren des Schal ^¬ ters T2 führt. Dadurch nimmt die integrierte Schaltung 16 ihren Betrieb wieder auf und steuert über Pin 7 den Schalter Tl zur Bewirkung der Leistungsfaktorkorrektur an .