RUGGER, Federico (Schieggstr. 8, München, 81479, DE)
Ansprüche
1. Elektronisches Vorschaltgerät (10) zum Betreiben min ¬ destens einer Entladungslampe mit einer Eingangsstufe (12) und einer Ausgangsstufe (14), wobei die Ausgangs ¬ stufe (14) einen ersten (Al) und einen zweiten Aus- gangsanschluss (A2) aufweist zum Anschließen der mindestens einen Entladungslampe (LA) sowie einen Steuer ¬ eingang zum Variieren der zwischen dem ersten (Al) und dem zweiten Ausgangsanschluss (A2) bereitgestellten Ausgangsleistung (P A ) , wobei die Eingangsstufe (12) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang eine Betriebsgleichspannung für die Ausgangsstufe (14) bereitzustellen und Folgendes umfasst: einen ersten (El) und einen zweiten Eingangsan- schluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungs- wechselspannung (U ne tz) ; einen EMV-Filter (16); einen Gleichrichter (18), wobei das EMV-Filter (16) zwischen den ersten (El) und den zweiten Ein- gangsanschluss (E2) und den Gleichrichter (18) ge- koppelt ist; einen Kondensator (Cl) zum Bereitstellen der Betriebsgleichspannung für die Ausgangsstufe (14) ; und
- einer Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20), die zwischen den Gleichrichter (18) und den Kondensator (Cl) gekoppelt ist, wobei die Leistungs ¬ faktorkorrekturvorrichtung (20) eine Anzahl n an Teilvorrichtungen (20a bis 20c) zur Leistungsfaktorkorrektur umfasst, die zueinander parallel ge- schaltet sind, sowie eine Steuervorrichtung (22) zum Ansteuern der Anzahl n an Teilvorrichtungen (20a bis 20c) , wobei die am Ausgang der Leistungs ¬ faktorkorrekturvorrichtung (20) bereitzustellende Leistung eine aktuell bereitzustellende Gesamt- leistung (P Ges ) ist, wobei die von der Teilvorrich ¬ tung i bereitzustellende Leistung eine aktuell be ¬ reitzustellende Teilleistung (Pteiii) der Teilvor ¬ richtung i ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, in Ab ¬ hängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamtlei ¬ stung (P Ges ) zumindest eine erste und eine zweite Teil ¬ vorrichtung (20a bis 20c) derart anzusteuern, dass sich deren aktuell bereitzustellende Teilleistung (Pteiii) voneinander unterscheidet.
2. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, die Teilvorrichtungen (20a bis 20c) in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung (P Ges ) der ¬ art anzusteuern, dass nur eine Anzahl m an Teilvorrichtungen (20a bis 20c) aktiviert ist, um die aktu ¬ ell bereitzustellende Gesamtleistung (P G es) bereitzu ¬ stellen, wobei m <= (n-1) gilt.
3. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20) aktuell bereitzustellende Gesamtleistung (P Ges ) ermittelt wird durch Auswertung eines analogen oder digitalen Steuersignals, insbesondere eines Dimm ¬ signals .
4. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20) aktuell bereitzustellende Gesamtleistung (Pces) ermittelt wird durch Auswertung im elektronischen Vorschaltgerät (10) ermittelter elektrischer Größen, insbesondere durch Auswertung von Strom und Spannung am Eingang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20), durch Auswertung von Strom und Spannung am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20), und/oder durch Auswertung von Strom und Spannung am Ausgang der Ausgangsstufe (14) .
5. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor ¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Teilleistungen (Pteiii) der Teilvorrichtungen (20a bis 20c) eine Phasenverschiebung zum Beginn einer Halbwelle des über den ersten Eingangsanschluss (El) fließenden Stroms zugeordnet ist, wobei die Steuervor ¬ richtung (22) ausgelegt ist, die Phasenverschiebung zwischen den aktiven Teilvorrichtungen (20a bis 20c) in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamt- leistung (P GθS ) und/oder der Anzahl der aktiven Teil ¬ vorrichtungen (20a bis 20c) zu variieren.
6. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor ¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, wenigs ¬ tens zwei aktive Teilvorrichtungen (20a bis 20c) so anzusteuern, dass diese unterschiedliche aktuelle Teilleistungen (P te iii) bereitstellen.
7. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor ¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, wenigs ¬ tens zwei aktive Teilvorrichtungen (20a bis 20c) so anzusteuern, dass diese gleiche aktuelle Teilleistun ¬ gen (Pteiii) bereitstellen.
8. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor ¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilvorrichtung (20a bis 20c) auf eine maxi ¬ male aktuelle Teilleistung (P te ii) ausgelegt ist, wobei die Schaltschwelle zur Abschaltung einer ersten oder weiteren Teilvorrichtung (20a bis 20c) bei einer Reduktion der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung (Pces) wie folgt gewählt ist:
(aktuell bereitzustellende Gesamtleistung (Pces) ) / (Anzahl aktive Teilvorrichtungen (20a bis 20c) - 1) = Faktor A * (maximale aktuelle Teilleis ¬ tung (Pteiii) ), wobei für den Faktor A gilt: 0, 8 <= A <= 1.
9. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor ¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilvorrichtung (20a bis 20c) auf eine maxi ¬ male aktuelle Teilleistung (P te ii) ausgelegt ist, wobei die Schaltschwelle zur Zuschaltung einer weiteren Teilvorrichtung (20a bis 20c) bei einer Zunahme der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung (Pces) wie folgt gewählt ist:
(aktuell bereitzustellende Gesamtleistung (P GθS ) )/ (Anzahl aktive Teilvorrichtungen (20a bis 20c) ) = Faktor B * (maximale aktuelle Teilleistung (Pteii) ) , wobei für den Faktor B gilt: 0,8 <= B <= 1.
10. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der An ¬ sprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die maximal bereitzustellende Gesamtleistung (P Ges ) gilt: maximal bereitzustellende Gesamtleistung (P G es) = Fak ¬ tor C * Summe der maximal bereitzustellenden Teilleistungen (Pteil) , wobei der Faktor C gilt: 0,8 <= C <= 1.
11. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor ¬ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Teilvorrichtung (20a bis 20c) einen elektro- nischen Schalter (Sl) umfasst, wobei die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, die Teilvorrichtungen (20a bis 20c) im Discontinuous Mode zu betreiben, wo ¬ bei die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, die Anschaltzeit (Ton) der elektronischen Schalter (Sl) in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamt ¬ leistung (P G es) zu variieren.
12. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, eine Teilvorrichtung (20a bis 20c) zu deaktivieren, wenn die Anschaltzeit (T 0n ) eines oder jedes elektronischen Schalters (Sl) unter eine vorgebbare Schwelle gesunken ist.
13. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der An ¬ sprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (22) ausgelegt ist, eine weitere Teilvorrichtung (20a bis 20c) zu aktivieren, wenn die Anschaltzeit (T 0n ) eines oder jedes elektro ¬ nischen Schalters (Sl) über eine vorgebbare Schwelle angestiegen ist.
14. Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe an einem elektronischen Vorschaltgerät (10) mit einer Eingangsstufe (12) und einer Ausgangsstufe (14), wobei die Ausgangsstufe (14) einen ersten (Al) und ei ¬ nen zweiten Ausgangsanschluss (A2) aufweist zum An ¬ schließen der mindestens einen Entladungslampe (LA) sowie einen Steuereingang zum Variieren der zwischen dem ersten (Al) und dem zweiten Ausgangsanschluss (A2) bereitgestellten Ausgangsleistung (P A ) , wobei die Eingangsstufe (12) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang eine Betriebsgleichspannung für die Ausgangsstufe bereitzu ¬ stellen und einen ersten (El) und einen zweiten Ein- gangsanschluss (E2) zum Anschließen einer Versorgungs ¬ wechselspannung (Unetz) umfasst, sowie einen EMV-Filter (16), einen Gleichrichter (18), wobei das EMV-Filter (16) zwischen den ersten (El) und den zweiten Ein- gangsanschluss (E2) und den Gleichrichter (18) gekop ¬ pelt ist, einen Kondensator (Cl) zum Bereitstellen der Betriebsgleichspannung für die Ausgangsstufe (14) , und eine Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20), die zwischen den Gleichrichter (18) und den Kondensator (Cl) gekoppelt ist, wobei die Leistungsfaktorkorrek ¬ turvorrichtung (20) eine Anzahl n an Teilvorrichtungen (20a bis 20c) zur Leistungsfaktorkorrektur umfasst, die zueinander parallel geschaltet sind, sowie eine Steuervorrichtung (22) zum Ansteuern der Anzahl n an Teilvorrichtungen (20a bis 20c) , wobei die am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung (20) bereitzustellende Leistung eine aktuell bereitzustellende Ge ¬ samtleistung (P G es) ist, wobei die von der Teilvorrich ¬ tung i bereitzustellende Leistung eine aktuell bereit- zustellende Teilleistung (Pteii) der Teilvorrichtung i ist; gekennzeichnet durch folgenden Schritt: a) Ansteuern zumindest einer ersten und einer zweiten
Teilvorrichtung (20a bis 20c) in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung (Pces) derart, dass sich deren aktuell bereitzustellende
Teilleistung (P te iii) voneinander unterscheidet. |
Be s ehre ibung
Elektronisches Vorschaltgerät und Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Entladungs- lampe mit einer Eingangsstufe und einer Ausgangsstufe, wo ¬ bei die Ausgangsstufe einen ersten und einen zweiten Aus- gangsanschluss aufweist zum Anschließen der mindestens ei ¬ nen Entladungslampe sowie einen Steuereingang zum Variie ¬ ren der zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsan- Schluss bereitgestellten Ausgangsleistung, wobei die Eingangsstufe ausgelegt ist, an ihrem Ausgang eine Betriebs ¬ gleichspannung für die Ausgangsstufe bereitzustellen und folgendes umfasst: einen ersten und einen zweiten Ein- gangsanschluss zum Anschließen einer Versorgungswechsel- Spannung, einen EMV-Filter (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) , einen Gleichrichter, wobei das EMV-Filter zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss und den Gleichrichter gekoppelt ist, einen Kondensator zum Bereitstellen der Betriebsgleichspannung für die Ausgangs- stufe und eine Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung, die zwischen den Gleichrichter und den Kondensator gekoppelt ist, wobei die Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung eine Anzahl n an Teilvorrichtungen zur Leistungsfaktorkorrektur umfasst, die zueinander parallel geschaltet sind, sowie eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Anzahl n an Teilvorrichtungen, wobei die am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung bereitzustellende Leistung eine aktuell bereitzustellende Gesamtleistung ist, wobei die von der Teilvorrichtung i bereitzustellende Leistung eine ak-
tue11 bereitzustellende Teilleistung der Teilvorrichtung i ist. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe an einem derartigen elektronischen Vorschaltgerät .
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft dimmbare elektronische Vorschaltgeräte, d. h. elektronische Vorschaltgeräte die derart angesteuert werden können, dass die von Ihnen be ¬ reitgestellte Gesamtleistung in einem großen Bereich variiert werden kann. Beispielsweise stellt ein elektroni- sches Vorschaltgerät, das auf eine bereitzustellende Ma ¬ ximalleistung von 300 W ausgelegt ist, bei 60 % eine Ge ¬ samtleistung von 180 W bereit und bei 20 % etwa 60 W.
Tabelle 1 im Anhang Al zeigt die Variation der Schaltfre ¬ quenz f PFC (PFC = Power Factor Correction = Leistungsfak- torkorrektur) von beispielsweise drei parallel geschalte ¬ ten PFC-Stufen eines gattungsgemäßen elektronischen Vor- schaltgeräts in Abhängigkeit der von jeder PFC-Stufe be ¬ reitzustellenden Teilleistung. So beträgt bei einer bereitgestellten Gesamtleistung P Ges von 300 W, d. h. jede PFC-Stufe stellt 100 W bereit, die Schaltfrequenz f PFC 74,6 kHz. Bei einer bereitzustellen Gesamtleistung von 240 W, d. h. jede PFC-Stufe stellt eine Teilleistung von 80 W bereit, beträgt die Schaltfrequenz f PFC 93,2 W. Bei einer bereitzustellenden Gesamtleistung von 120 W, d. h. jede PFC-Stufe stellt eine Teilleistung von 40 W bereit, steigt die Schaltfrequenz f PFC bereits auf beachtliche 186 kHz an. Schließlich erhöht sich die Schaltfrequenz fp FC bei einer bereitzustellenden Gesamtleistung von 60 W,
d. h. jede PFC-Stufe stellt 20 W bereit, sogar auf 372, 9 kHz .
Die folgenden, weiteren in Tabelle 1 wiedergegebenen Parameter betreffen folgende Größen: U ne tz ist der Effektiv- wert der zwischen den beiden Eingangsanschlüssen angeschlossenen Versorgungswechselspannung. I ne tz ist der Ef ¬ fektivwert des über die Eingangsanschlüsse fließenden Stroms. I ne tz maX λ ist der Maximalwert des über die Ein ¬ gangsanschlüsse fließenden Stroms. U ra ii ist die am Aus- gang des Gleichrichters bereitgestellte Betriebsgleich ¬ spannung. Der mittlere Block der Tabelle 1 gibt Größen wieder, die die PFC-Stufen, d. h. die Teilvorrichtungen zur Leistungsfaktorkorrektur, betreffen. So ist L die Größe der in einer PFC-Stufe verwendeten Induktivität. lL,max ist der durch diese Induktivität fließende Maximal ¬ strom. T 0n ist die Anschaltzeit des Schalters einer PFC- Stufe, T O ff ist die Abschaltzeit des Schalters einer PFC- Stufe. Schließlich gibt die letzte Spalte der Tabelle 1 an, wie viele PFC-Stufen zur Erzielung der jeweiligen be- reitgestellten Gesamtleistung gleichzeitig in Betrieb sind.
Um die für elektronische Vorschaltgeräte maßgebliche EMV- Norm, vorliegend die EN55015, erfüllen zu können, ist es notwendig, das EMV-Filter so auszulegen, dass es für den ganzen Leistungsbereich wirksam ist, d. h. für einen sehr breiten Bereich der Schaltfrequenz f PFC . Als Konsequenz nehmen die Komplexität und die Kosten des EMV-Filters zu. überdies nimmt die Schaltfrequenz f PFC bei sehr kleinen bereitzustellenden Gesamtleistungen erheblich zu, so dass dabei die Effizienz der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung in unerwünschter Weise deutlich abnimmt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein gattungsgemäßes Vorschaltgerät bzw. ein gat ¬ tungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Verwendung eines kostengünstigen EMV-Filters ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vor ¬ schaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 14.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn die Steu ¬ ervorrichtung ausgelegt ist, in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung zumindest eine erste und eine zweite Teilvorrichtung derart anzusteuern, dass sich deren aktuell bereitzustellende Teilleistung voneinander unterscheidet. Dieser Grundgedanke eröffnet unter ¬ schiedliche Möglichkeiten der Umsetzung, wobei ohne auf der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen vorzugreifen insbesondere zwei bevorzugte Möglich- keiten erwähnt werden sollen, die darin bestehen, zumindest eine der Teilvorrichtungen komplett abzuschalten o- der unterschiedliche Teilvorrichtungen auf unterschiedli ¬ che bereitzustellende Teilleistungen zu dimensionieren. Dadurch kann jedenfalls sichergestellt werden, dass die jeweiligen Teilvorrichtungen immer nahe an ihrem optimalen Arbeitspunkt bezüglich der Schaltfrequenz f PF c und der bereitzustellenden Teilleistung betrieben werden können. Dies ermöglicht einerseits eine günstigere Auslegung des EMV-Filters, da die Schaltfrequenz der Teilvorrichtungen
innerhalb eines deutlich engeren Bereichs bleibt. Weiter ¬ hin verbessert sich aufgrund des Betriebs nahe an ihrem jeweiligen optimalen Arbeitspunkt der Wirkungsgrad der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung bei gedimmten Be- trieb.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgelegt, die Teilvorrichtungen in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung derart anzusteuern, dass nur eine Anzahl m an Teilvorrichtungen aktiviert ist, um die aktuell bereitzustellende Gesamt ¬ leistung bereitzustellen, wobei m <= (n-1) gilt und n die Anzahl aller Teilvorrichtungen wiedergibt. Wie bereits erwähnt, eröffnet dies die Möglichkeit, jede Teilvorrich ¬ tung nahe an ihrem optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Dadurch kann die Schaltfrequenz f PFC auf niedrigen Werten gehalten werden.
Bevorzugt wird die von der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung aktuell bereitzustellende Gesamtleistung ermit ¬ telt durch Auswertung eines analogen oder digitalen Steu- ersignals, insbesondere eines Dimmsignals. Hierbei ist insbesondere zu erwähnen das so genannte DALI-Signal. Demnach wird ein derartiges Signal, das üblicherweise an die Ausgangsstufe gekoppelt wird, um dort insbesondere zur Ansteuerung der Schalter des Wechselrichters ausge- wertet zu werden, auch der Steuervorrichtung zugeführt, die die Teilvorrichtungen der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung ansteuert.
Alternativ kann die von der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung aktuell bereitzustellende Gesamtleistung ermit- telt werden durch Auswertung im elektronischen Vorschalt-
gerät ermittelter elektrischer Größen, insbesondere durch Auswertung von Strom und Spannung am Eingang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung, durch Auswertung von Strom und Spannung am Ausgang der Leistungsfaktorkorrek- turvorrichtung, und/oder durch Auswertung von Strom und Spannung am Ausgang der Ausgangsstufe. Besonders vorteil ¬ haft hierbei ist, dass ohnehin derartige elektrische Grö ¬ ßen für andere Steuerungszwecke im elektronischen Vor- schaltgerät ermittelt werden. Diese können daher ohne großen Aufwand auch zur Ermittlung der von der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung verwendet werden.
Den Teilleistungen der Teilvorrichtungen kann eine Phasenverschiebung zum Beginn einer Halbwelle des über den ersten Eingangsanschluss fließenden Stroms zugeordnet werden. Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung dann ausgelegt, die Phasenverschiebung zwischen den aktiven Teilvorrichtungen in Abhängigkeit der aktuell bereit ¬ zustellenden Gesamtleistung und/oder der Anzahl der akti- ven Teilvorrichtungen zu variieren. Umfasst beispielsweise die Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung drei Teilvorrichtungen, die die gleiche Teilleistung abgeben und mit einer Phasenverschiebung von 120° betrieben werden, so wird nach Abschalten einer dieser Teilvorrichtungen die Phasenverschiebung zwischen den zwei verbleibenden Teilvorrichtungen auf 180° eingestellt. Sind die Teilvorrich ¬ tungen auf unterschiedliche bereitzustellende Teilleis ¬ tungen ausgelegt, können andere Phasenverschiebungen als 360° dividiert durch die Anzahl der aktiven Teilvorrich- tungen von Vorteil sein.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuervorrichtung ausgelegt ist, wenigstens zwei aktive Teilvorrichtungen so anzusteuern, dass diese unterschiedliche aktuelle Teilleistungen be- reitstellen. Beispielsweise kann bei einer Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung, die drei Teilvorrichtungen um- fasst, vorgesehen werden, dass sich die Teilvorrichtungen die bereitzustellende Gesamtleistung aufteilen zu 50 %, 30 % und 20 %. Da hierbei zumindest nur eine Teilvorrich- tung mit Bereitstellung einer geringen Teilleistung betrieben wird, lässt sich hierdurch insgesamt der Wirkungsgrad der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung auf einem hohen Niveau halten.
Alternativ oder zusätzlich, je nach Anzahl der vorhande- nen Teilvorrichtungen, kann die Steuervorrichtung weiterhin ausgelegt sein, wenigstens zwei aktive Teilvorrich ¬ tungen so anzusteuern, dass diese gleiche aktuelle Teil ¬ leistungen bereitstellen. Die bereitzustellende Gesamt ¬ leistung kann beispielsweise bereits bei drei Teilvor- richtungen aufgeteilt sein zu 40 %, 40 %, 20 %. Auch hierdurch lässt sich ein höherer Wirkungsgrad der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung erzielen, als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn eine Teilvorrichtung auf eine maximale aktuelle Teilleistung ausgelegt ist, wobei die Schaltschwelle zur Abschaltung einer ersten oder einer weiteren Teilvorrichtung bei einer Reduktion der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung wie folgt gewählt ist :
(aktuell bereitzustellende Gesamtleistung) / (Anzahl aktive Teilvorrichtungen - 1) = Faktor A * (maximale aktuelle Teilleistung), wobei für den Faktor A gilt: 0,8 <= A <= 1. Wenn also bei einem Absinken - durch Dim- men - die bereitzustellende Gesamtleistung soweit ab ¬ sinkt, dass durch Abschaltung einer ersten oder weiteren Teilvorrichtung die verbliebenen Teilvorrichtungen in einem Bereich zwischen 80 und 100 % ihrer maximalen aktuellen Teilleistungen betrieben werden können, wird eine der aktiven Teilvorrichtungen abgeschaltet.
Im Gegenzug kann vorgesehen sein, dass, wenn eine Teilvorrichtung auf eine maximale aktuelle Teilleistung aus ¬ gelegt ist, die Schaltschwelle zur Zuschaltung einer wei ¬ teren Teilvorrichtung bei einer Zunahme der aktuellen be- reitzustellenden Gesamtleistung wie folgt gewählt ist:
(aktuell bereitzustellende Gesamtleistung) / (Anzahl aktive Teilvorrichtungen) = Faktor B * (maximale aktuelle Teilleistung) , wobei für den Faktor B gilt 0,8 <= B <= 1. Wenn also für eine aktuell bereitzustellende Gesamtleis- tung die aktiven Teilvorrichtungen im Bereich von 80 bis 100 % ihrer maximalen aktuellen Teilleistung betrieben werden, wird bei weiterer Zunahme der aktuell bereitzu ¬ stellenden Gesamtleistung eine weitere Teilvorrichtung aktiviert. Durch entsprechend gewählte Hysteresen kann ein fortwährendes Zu- und Abschalten von Teilvorrichtungen unterbunden werden.
Durch die beiden letztgenannten Maßnahmen wird sichergestellt, dass die jeweiligen Teilvorrichtungen immer in dem Bereich betrieben werden, für den sie ausgelegt sind. Andererseits wird ein optimales Ab- bzw. Zuschalten einer
Teilvorrichtung festgesetzt, so dass die Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung immer mit einem möglichst optimalen Wirkungsgrad und in einem Bereich, der sich durch eine möglichst kleine Schaltfrequenz f PFC auszeichnet, betrie- ben wird.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn für die maximal bereitzu ¬ stellende Gesamtleistung gilt:
Maximal bereitzustellende Gesamtleistung = Faktor C * (Summe der maximal bereitzustellenden Teilleistungen) , wobei für den Faktor C gilt: 0,8 <= C <= 1.
Bevorzugt umfasst jede Teilvorrichtung einen elektronischen Schalter, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die Teilvorrichtungen im Discontinuous Mode zu betreiben, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die Anschaltzeit der elektronischen Schalter in Abhängigkeit der aktuell bereitzustellenden Gesamtleistung zu variieren. Diese Maßnahme stellt eine besonders einfach zu rea ¬ lisierende Möglichkeit dar, den Grundgedanken der vorlie ¬ genden Erfindung ohne großen Aufwand umzusetzen. Dabei können die Teilvorrichtungen der Einfachheit halber identisch ausgebildet sein, wobei das Abschalten einer Teilvorrichtung bzw. der Betrieb der Teilvorrichtung zur Bereitstellung unterschiedlicher Teilleistungen lediglich durch unterschiedliche Ansteuerung des Schalters jeder Teilvorrichtung erreicht wird.
Die Steuervorrichtung kann dabei insbesondere ausgelegt sein, eine Teilvorrichtung zu deaktivieren, wenn die Anschaltzeit eines oder jedes elektronischen Schalters un ¬ ter eine vorgebbare Schwelle gesunken ist. Dies kann be- sonders einfach realisiert werden durch eine Mikroprozes-
sorsteuerung, wobei ein Register verwendet wird, um die Anschaltzeit festzulegen. Der Registerinhalt lässt sich sehr einfach mit einer, in einem weiteren Register abgelegten vorgebbaren Schwelle vergleichen.
Entsprechend kann die Steuervorrichtung ausgelegt sein, eine weitere Teilvorrichtung zu aktivieren, wenn die Anschaltzeit eines oder jedes elektronischen Schalters über eine vorgebbare Schwelle angestiegen ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die im Vorausgehenden mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der vorlie ¬ genden Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts;
Fig. 2 einen Vergleich der Schaltfrequenz f PFC über der bereitzustellenden Gesamtleistung für ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und den Stand der Technik;
Fig. 3 einen Vergleich der Schaltfrequenz f PFC über der bereitzustellenden Gesamtleistung für ein zwei-
tes Ausführungsbeispiel der Erfindung und den Stand der Technik;
Anhang Al zeigt verschiedene elektronische Größen für ein aus dem Stand der Technik bekanntes gattungsge- mäßes elektronisches Vorschaltgerät ; und
Anhang A2 zeigt die entsprechenden elektronischen Größen für das erste und das zweite Ausführungsbei ¬ spiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektro ¬ nischen Vorschaltgeräts 10. Es umfasst eine Eingangsstufe 12 sowie eine Ausgangsstufe 14. Die Ausgangsstufe 14 um ¬ fasst eine Vielzahl von nicht dargestellten elektroni- sehen Komponenten, worunter insbesondere ein Wechselrichter sowie eine Lampendrossel fallen. Sie umfasst weiter ¬ hin einen ersten Al und einen zweiten Ausgangsanschluss A2 zum Anschließen einer Entladungslampe LA. Die Eingangsstufe 12 umfasst einen ersten El und einen zweiten Eingangsanschluss E2, zwischen denen die Versorgungswechselspannung Unetz, insbesondere die Netzspannung, ange ¬ schlossen werden kann. Als nächstes folgt ein EMV-Filter 16, an den sich eine Gleichrichtervorrichtung 18 anschließt. Darauf folgt eine Leistungsfaktorkorrekturvor- richtung 20, die vorliegend drei parallel geschaltete PFC-Stufen 20a bis 20c umfasst, die über eine Steuervor ¬ richtung 22 angesteuert werden. Am Ausgang jeder Teilvorrichtung wird eine Teilleistung P te iii bis P te ii3 bereitge-
stellt. Am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung 20 wird eine Gesamtleistung P Ges bereitgestellt, die aus der Summe der von den Teilvorrichtungen 20a bis 20c bereitgestellten Teilleistungen P te iii bis P te ii3 gebildet wird. Der am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung 20 vorgesehene Kondensator Cl stellt die so genannte Zwischenkreisspannung U zw als Betriebsgleichspannung an die Ausgangsstufe 14 bereit. Die Ausgangsstufe 14 weist einen Steuereingang St auf, um die zwischen dem ersten Al und dem zweiten Ausgangsanschluss A2 bereitgestellte Aus ¬ gangsleistung P A wunschgemäß zu variieren. Beispielhaft dargestellt ist auch der Aufbau einer Teilvorrichtung 20c, wobei andere Ausführungsformen von PFC-Stufen ohne Weiteres ebenfalls zur Anwendung der vorliegenden Erfin- düng geeignet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbei ¬ spiel umfasst eine PFC-Stufe eine PFC-Dossel L, durch die der Strom I L fließt. Sie umfasst einen Schalter Sl, der von der Steuerung 22 angesteuert wird, sowie eine Diode Dl und einen Kondensator C2.
Für ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ¬ ßen elektronischen Vorschaltgeräts sind in Tabelle 2 im Anhang A2 eine Vielzahl elektronischer Größen angegeben, die denen entsprechen, die bereits im Zusammenhang mit der Tabelle 1 im Anhang Al eingeführt wurden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Teilvorrichtungen 20a bis 20c auf eine maximal bereitzustellende Teilleistung von Pteiii von 120 W ausgelegt. Zur Bereitstellung einer Ge ¬ samtleistung P Ges von 300 W sind alle drei PFC-Stufen in Betrieb, wobei die von jeder PFC-Stufe bereitgestellte Leistung 100 W beträgt, siehe Zeile eins von Tabelle 2. Gemäß Zeile zwei werden, wie im Stand der Technik, zur
Bereitstellung einer Gesamtleistung P Ges von 240 W alle drei PFC-Stufen so betrieben, dass jede PFC-Stufe eine Teilleistung von 80 W bereitstellt. Die Schaltfrequenzen fpFc gemäß der ersten und der zweiten Zeile von Tabelle 2 entsprechen daher den Schaltfrequenzen f PFC der ersten und der zweiten Zeile von Tabelle 1. Gemäß Zeile drei der Ta ¬ belle 2 wird nunmehr zur Bereitstellung einer Gesamtleistung von 240 W eine PFC-Stufe abgeschaltet, d. h. es sind nur mehr zwei PFC-Stufen in Betrieb, die jeweils eine Teilleistung Pteii von 120 W bereitstellen. Während beim Betrieb von drei PFC-Stufen die Phasenverschiebung der Ströme durch die jeweilige PFC-Drossel L um 120° gegen ¬ einander versetzt waren, beträgt diese Phasenverschiebung beim Betrieb von zwei Teilvorrichtungen 180° und wird durch entsprechende Steuerung durch die Steuervorrichtung 22 eingestellt. Wie der Zeile 3 der Tabelle 2 zu entneh ¬ men ist, sinkt die Schaltfrequenz f PFC auf 62,1 kHz. Zur Bereitstellung einer Gesamtleistung P Ges von 120 W wird gemäß Zeile vier bei Aktivierung von zwei PFC-Stufen, die jeweils eine Teilleistung von 60 W bereitstellen, eine Schaltfrequenz f PFC von 124,3 kHz erreicht. Wird eine Ge ¬ samtleistung P Ges von 120 W durch Betrieb einer einzigen PFC-Stufe bereitgestellt, siehe Zeile fünf von Tabelle 2, so sinkt die Schaltfrequenz f PFC auf 62,1 kHz. Im Ver- gleich hierzu betrug die Schaltfrequenz f PF c, wenn eine Gesamtleistung P Ges von 60 W bei Betrieb von drei PFC- Stufen bereitgestellt wurde, gemäß Zeile drei von Tabelle
1 186,4 kHz und damit ca. das Dreifache.
Zur Bereitstellung einer Gesamtleistung P Ges von 60 W und Betrieb nur einer PFC-Stufe gemäß Zeile sechs von Tabelle
2 kann eine Schaltfrequenz f PFC von 124,3 kHz erreicht
werden. Bei Bereitstellung derselben Gesamtleistung P Ges beim Betrieb von drei PFC-Stufen gemäß Zeile vier von Ta ¬ belle 1 ist eine Schaltfrequenz f PFC von 372 kHz nötig
Fig. 2b zeigt zur Verdeutlichung den Verlauf der Schalt- frequenz f PFC über der bereitzustellenden Gesamtleistung P Ges • Für das erste Ausführungsbeispiel (gestrichelte Li ¬ nie) und den zugehörigen Stand der Technik (durchgezogene Linie) . Die entsprechenden Gesamtleistungen P Ges und Schaltfrequenzen f PFC sind in Fig. 2a wiedergegeben.
Fig. 2b verdeutlicht, wie sehr die Schaltfrequenz f PF c bei kleinen bereitzustellenden Gesamtleistungen P Ges beim Stand der Technik ansteigt, während sie bei dem vorlie ¬ genden Ausführungsbeispiel nur maximal 124 kHz beträgt. Da die niedrigste Schaltfrequenz f PFC bei der vorliegenden Erfindung immerhin ca. 60 kHz beträgt, ergibt sich eine geringe Bandbreite der benötigten Schaltfrequenzen f PFC , was in einer äußerst einfachen und damit kostengünstigen Auslegung des EMV-Filters 16 resultiert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Tabelle 3 von Anhang A2 sind die Teilvorrichtungen 20a bis 20c, d. h. die einzel ¬ nen PFC-Stufen zur Bereitstellung einer maximalen Teilleistung von 100 W ausgelegt. Zur Bereitstellung einer Gesamtleistung P Ges von 300 W sind alle drei PFC-Stufen in Betrieb, wobei jede PFC-Stufe eine Teilleistung von 100 W bereitstellt, siehe Zeile eins von Tabelle 3. Bei Bereit ¬ stellung einer Gesamtleistung P Ges von 200 W und Betrieb aller drei PFC-Stufen gemäß Zeile zwei von Tabelle 3 er ¬ gibt sich eine Schaltfrequenz f PFC von 112,0 kHz. Wird dieselbe Gesamtleistung P Ge s von 200 W durch Aktivierung von lediglich zwei PFC-Stufen bereitgestellt, von denen
jede 100 W beisteuert, siehe Zeile drei von Tabelle 3, so ergibt sich eine Schaltfrequenz f PFC von lediglich 74, 6 kHz.
Bei Bereitstellung einer Gesamtleistung P Ges von 100 durch Betrieb von zwei PFC-Stufen derart, dass jede PFC- Stufe eine Teilleistung von 50 W beiträgt, ergibt sich eine Schaltfrequenz f PFC von 149,1 kHz. Wird dieselbe Ge ¬ samtleistung P Ges durch Aktivierung lediglich einer PFC- Stufe bereitgestellt, siehe Zeile fünf von Tabelle 3, er- gibt sich eine Schaltfrequenz f PFC von nur 74,6 kHz. Zur Bereitstellung einer Gesamtleistung P Ges von 60 W durch Aktivierung lediglich einer PFC-Stufe ergibt sich eine Schaltfrequenz f PFC von 124,3 kHz, siehe Zeile sechs von Tabelle 3.
Fig. 3b zeigt eine Gegenüberstellung des Verlaufs der Schaltfrequenz f PFC über die bereitgestellte Gesamtleis ¬ tung P Ges für das zweite Ausführungsbeispiel (gestrichelte Linie) und den entsprechenden Stand der Technik (durchgezogene Linie) . Fig. 3a gibt die zugehörigen Werte der Schaltfrequenz f PFC und der bereitzustellenden Gesamtleis ¬ tung P Ges wieder. Wiederum ist deutlich zu erkennen, dass beim Stand der Technik bei kleinen Gesamtleistungen P Ges die Schaltfrequenz f PFC stark ansteigt, während sie beim zweiten Ausführungsbeispiel in einem Fester zwischen etwa 75 und 150 kHz liegt. Dieses Fenster ist zwar geringfügig breiter als beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch wird das zweite Ausführungsbeispiel bereits durch eine kosten ¬ günstigere Auslegung der einzelnen PFC-Stufen ermöglicht, d. h. beim ersten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen PFC-Stufen auf die Bereitstellung einer Teilleistung von 120 W ausgelegt, während für die einzelnen PFC-Stufen
beim zweiten Ausführungsbeispiel eine Auslegung auf 100 W genügt .
In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die von der jeweiligen PFC-Stufe bereitgestellte Leistung durch Variation der Anschaltzeit T 0n und der Abschaltzeit T off der Schalter der einzelnen PFC-Stufen vorgenommen. Unabhängig von den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen ist von der vorliegenden Erfindung mitumfasst, die Teilvorrichtungen auf unterschiedliche Teilleistungen zu di- mensionieren oder identische Teilvorrichtungen zur Bereitstellung unterschiedlicher Teilleistungen durch die Steuervorrichtung 22, insbesondere durch Variation der An- und Abschaltzeit des jeweiligen Schalters Sl, anzu ¬ steuern. Bei einer Reduktion der Gesamtleistung P Ges wird eine Teilvorrichtung bevorzugt dann abgeschaltet, wenn sich ergibt, dass nach Abschaltung einer Teilvorrichtung die verbleibenden Teilvorrichtungen mit ca. 80 bis 100 % ihrer maximal bereitzustellenden Teilleistung betrieben werden können. Umgekehrt wird bei zunehmender bereitzu- stellender Gesamtleistung P Ges eine Teilvorrichtung zuge ¬ schaltet, wenn sich ergibt, dass nach Zuschaltung der Teilvorrichtung die dann aktivierten Teilvorrichtungen zwischen 80 und 100 % ihrer maximalen aktuellen Teilleistung bereitzustellen haben.
Die von der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung aktuell bereitzustellende Gesamtleistung kann ermittelt werden durch Auswertung eines an den Steuereingang St angelegten Signals oder aber auch durch Auswertung im elektronischen Vorschaltgerät ermittelter elektrischer Größen, wobei hier insbesondere der Strom und die Spannung am Eingang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung 20, der Strom und
die Spannung am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturvorrichtung 20 und/oder der Strom und die Spannung am Ausgang Al, A2 der Ausgangsstufe 14 in Betracht kommen.
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