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 einem ersten und einem zweiten Eingangsan- schluss zum Anlegen einer Versorgungsgleichspannung, einem ersten Ausgangsanschluss mit einer Primärseite und einer Sekundärseite zum Koppeln mit einer ersten Wendel der mindestens einen Entladungslampe sowie einem zweiten Ausgangsanschluss mit einer Primärseite und einer Sekun ^¬ därseite zum Koppeln mit einer zweiten Wendel der mindestens einen Entladungslampe, einer Brückenschaltung, die zumindest einen ersten und einen zweiten elektronischen Schalter umfasst, wobei der erste und der zweite elektro- nische Schalter seriell zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt sind, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter ein Brückenmittelpunkt gebildet ist, einer ersten Induktivität, die zwischen den Brückenmittelpunkt und die Primärseite des zweiten Aus- gangsanschlusses gekoppelt ist, und einem Resonanzkonden ^¬ sator, der zwischen die Sekundärseite des ersten Aus ^¬ gangsanschlusses und die Sekundärseite des zweiten Aus ^¬ gangsanschlusses gekoppelt ist. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe an einem derartigen elektronischen Vorschaltgerät.

Stand der Technik

Fig. 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes gat ^¬ tungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät . Dabei wird unter Verwendung eines Kondensators Cl die so genannte Zwischenkreisspannung U _Zw an zwei Schalter Sl, S2 in Halbbrückenanordnung bereitgestellt. Der Pluspol des Kondensators Cl ist über einen Auskoppelkondensator C2 mit der Primärseite P _W i einer ersten Wendel Wl einer Lampe La, die üblicherweise als Leuchtstofflampe ausgebildet ist, gekoppelt. Der Halbbrückenmittelpunkt HM ist über eine Lastkreisinduktivität Ll mit der Primärseite P _w2 ei ^¬ ner zweiten Wendel W2 gekoppelt. Zwischen die Sekundärseite S _W i der Wendel Wl und der Sekundärseite S _w2 der Wen ^¬ del W2 ist ein Resonanzkondensator C3 gekoppelt.

Bei einem elektronischen Vorschaltgerät, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, werden vor der Zündung der Leuchtstoff ^¬ lampe La die Elektrodenwendeln durch eine Vorheizung auf Emissionstemperatur gebracht. Es sind unterschiedliche Arten der Vorheizung bekannt. Bei einer bevorzugten Variante der Vorheizung wird der Resonanzkondensator C3 des Lastkreises, der über die Wendeln Wl, W2 mit der Last ^¬ kreisinduktivität Ll verbunden ist, verwendet. Eine we ^¬ sentliche Beschränkung bei dieser Vorheiztechnik ergibt sich dadurch, dass mit der Erhöhung des Vorheizstromes auch die Spannung über der Lampe La erhöht wird und dies ab einer bestimmten Grenze zur Frühzündung der Lampe La führt. Um nicht die Effizienz und das Zündverhalten des elektronischen Vorschaltgeräts zu sehr zu beeinträchti ^¬ gen, ist die Erhöhung des Resonanzkondensators C3, welche wieder eine Erniedrigung der Spannung über der Lampe La bewirken würde, beschränkt.

Wie sich aus dem nachfolgenden Beispiel ergibt, ist das in Fig. 1 dargestellte elektronische Vorschaltgerät zur Realisierung kurzer Vorheizzeiten ungeeignet. Dazu muss im Stand der Technik auf aufwändigere Vorheiztechniken zurückgegriffen werden, beispielsweise die Trafo- Vorheizung, wobei diese resonant oder mit Schalter ausge ^¬ führt sein kann, die Verwendung einer Vorheizwicklung auf der Lampendrossel und einem Kondensator oder die Verwendung eines Kondensators mit einer Induktivität.

Das nachfolgende Beispiel verdeutlicht die Problematik der Realisierung kurzer Vorheizzeiten mit dem in Fig. 1 dargestellten elektronischen Vorheizgerät: Aus der Norm EN 60081:1998 ist zu entnehmen, welcher Strom an die E- lektrodenwendeln zur Verfügung gestellt werden muss, um diese innerhalb einer bestimmten Zeit vorzuheizen. Gleichzeitig gibt die Norm vor, welche Spannung über der Lampe hierbei nicht überschritten werden darf. Für das Beispiel werde eine Lampe L36W gewählt. Die Zwischen- kreisspannung beträgt 430 V (Boost) . Die Betriebsfrequenz der Lampe beträgt 45 kHz. Für eine Vorheizzeit von ca. 2 s ergibt die Norm einen geforderten Vorheizstrom von 550 mA. Um im Dauerbetrieb einen Lampenstrom von ca. 320 mA bei der Betriebsfrequenz von 45 kHz zu bekommen, ist die Lastkreisinduktivität, d. h. die Lampendrossel, zu 2,2 mH zu wählen. Die Spannung über der Lampe muss während der Vorheizung kleiner als 220 Vrms sein.

Damit der Lastkreis während des Vorheizens einen Vorheiz ^¬ strom von 550 mA bei 220 V liefern kann, muss der Resonanzkondensator C3 zu 8,2 nF gewählt werden. Die sich einstellende Vorheizfrequenz beträgt dann 51 kHz.

Um die Lampe zu zünden, wird bei üblichen Ansteuerschal ^¬ tungen die Frequenz erniedrigt bis die Lastkreis- Resonanzfrequenz getroffen wird und die Lampe durch die hohe Spannung zündet. Danach wird die Frequenz weiter auf die Betriebsfrequenz erniedrigt, bei welcher die brennende Lampe betrieben wird. Ein anderer Ablauf, bei dem bei ^¬ spielsweise nach der Zündung die Frequenz für den Dauerbetrieb wieder angehoben wird, würde zu hohe Dauerverlus ^¬ te aufgrund des Resonanzkondensators führen und ist daher nicht erwünscht.

Damit der erstgenannte Ablauf funktioniert, d. h. das weitere Absenken der Frequenz zum Einstellen der Betriebsfrequenz nach der Zündung der Lampe führt, muss die Lastkreis-Resonanzfrequenz höher liegen als die Betriebs- frequenz . Bei dem dargestellten Beispiel ist dies jedoch nicht der Fall: Mit einer Lampendrossel von 2,2 mH und einem Resonanzkondensator von 8,2 nF ergibt sich jedoch eine Resonanzfrequenz von 37,5 kHz, die unter der Dauerbetriebsfrequenz von 45 kHz liegt. Dieser Lastkreis wird also keine ausreichende Zündspannung mehr liefern können. Mit dieser Vorheiztechnik wäre also eine gute Vorheizung und Zündung der Lampe nicht mehr möglich.

Aus der DE 101 45 766 Al ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorheizen der Wendelelektroden einer Leuchtstofflampe bekannt, bei der bzw. bei dem eine erste Induktivität zwischen eine Wechselspannungsquelle und ei ^¬ ne der beiden Wendelelektroden gekoppelt ist und eine zweite Induktivität mit einem Punkt zwischen der Wechsel ^¬ spannungsquelle und der damit gekoppelten Wendelelektrode verbunden ist. Dabei ist die zweite Induktivität so mit der ersten Induktivität gekoppelt, dass ein Stromfluss

durch die zweite Induktivität zu einer Reduktion der Magnetisierung der ersten Induktivität führt.

Aus der Patentanmeldung PCT/EP2007/053937 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Niederdruckgasentla- dungslampe mit einer ersten und einer zweiten Wendel/ zwischen denen eine Gasentladung ausbildbar ist, bekannt, wobei die Schaltungsanordnung eine Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden elektrischen Potentials an einem Knotenpunkt umfasst, der über ein erstes induktives Element mit der ersten Wendel verbunden ist, und einen Halbkreis, der einen Schalter umfasst, wobei bei geschlossenem Schalter des Halbkreises die erste Wendel mit der zweiten Wendel elektrisch verbunden ist. Die Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Halbkreis ein zweites induktives Element bereitgestellt ist, was die Möglichkeit eröffnet, die Größe des Heizstroms zu definieren. Dabei lässt sich die Spannungsbelastung des Vorheizschalttransistors reduzieren. Die zweite Induktivität dient nämlich zur Reduktion der Span- nung an dem Schalter, der parallel zur Lampe angeordnet ist, um zwischen einem Vorheizen und einem Zünden hin- und herzuschalten. Dabei ist der Schalter während der Vorheizphase geschlossen, wohingegen er zum Zünden geöffnet wird.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät und ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass der Einsatzbereich der damit korrelierten Vorheiztechnik erweitert wird.

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vor- schaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 8.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn es gelingt, die Spannung an der Lampe durch einfache Mittel zu redu ^¬ zieren. Erfindungsgemäß ist deshalb eine zweite Indukti ^¬ vität vorgesehen, die seriell mit dem Resonanzkondensator zwischen die Sekundärseite des ersten und die Sekundär ^¬ seite des zweiten Ausgangsanschlusses gekoppelt ist.

Durch diese Maßnahme wird die Möglichkeit eröffnet, mit ^¬ tels dieser zweiten Induktivität eine Spannung einzukop- peln, die der am Resonanzkondensator anliegenden Spannung entgegengerichtet ist, so dass insgesamt die an der Lampe anliegende Spannung reduziert ist.

Durch diese Maßnahme kann die bisher in ihrer Verwendbarkeit eingeschränkte Vorheiztechnik deutlich aufgewertet werden und eröffnet einen weiteren Einsatzbereich. Beson- ders vorteilhaft dabei ist, dass der zusätzliche Aufwand sehr gering ausfällt.

Mit Bezug auf das oben angegebene Beispiel kann nunmehr die am Resonanzkondensator abfallende Spannung beispielsweise von 200 V auf 300 V erhöht werden, wenn davon 100 V mittels der zweiten Induktivität kompensiert werden. Da ^¬ durch kann der Resonanzkondensator kleiner gewählt werden als im Stand der Technik, was zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz führt, so dass die Resonanzfrequenz wieder über der Dauerbetriebsfrequenz zu liegen kommt.

Bevorzugt sind die erste und die zweite Induktivität mit ^¬ einander gekoppelt. Wenngleich die Kopplung der zweiten Induktivität auch mit einer anderen Induktivität reali ^¬ siert sein kann, so ermöglicht eine Kopplung der zweiten Induktivität mit der ersten Induktivität eine besonders aufwandsarme Realisierung. Dabei ist es besonders bevor ^¬ zugt, wenn die erste und die zweite Induktivität mit Be ^¬ zug auf einen Vorheizvorgang der mindestens einen Entladungslampe gleichsinnig gekoppelt sind. Dadurch stellt sich für die in der zweiten Induktivität abfallende Span ^¬ nung genau die Polarität ein, die geeignet ist, die an der Lampe anliegende Spannung zu reduzieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind deshalb die erste und die zweite Induktivität derart gekoppelt, dass bei einem Vorheizvorgang der mindestens einen Lampe die an der zweiten Induktivität abfallende Spannung der Spannung am Resonanzkondensator entgegengerichtet ist.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass seriell zum Resonanzkondensator und der zweiten Induktivität ein dritter elektronischer Schalter angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Reduktion der Verluste im Dauerbetrieb der Lampe, indem dieser parallel zur Lampe angeordnete Kreis nur während des Vorheizens von Strom durchflössen wird.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausge- stellt, wenn dann zwischen die Primärseite des ersten Ausgangsanschlusses und die Primärseite des zweiten Aus ^¬ gangsanschlusses ein Kondensator angeordnet ist, der dann zum Zünden als Resonanzkondensator wirkt.

Schließlich ist bevorzugt, wenn zwischen den ersten Ein- gangsanschluss und die Primärseite des ersten Ausgangsan ^¬ schlusses ein Koppelkondensator gekoppelt ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße elektronische Vor- schaltgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines er ^¬ findungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektronisches Vorschaltgerät ; und

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die mit Bezug auf Fig. 1 eingeführten Bezugszeichen gelten, sofern sie gleiche oder ähnliche Bauelemente kenn ^¬ zeichnen, weiterhin für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts. Im Nachfolgenden wird deshalb nur auf die

Unterschiede zwischen den in den Figuren 1 und 2 dargestellten elektronischen Vorschaltgeräten eingegangen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist die Lampendrossel Ll von Fig. 1 nunmehr in zwei separate Induktivitäten Ll-I und Ll-2 aufgeteilt. Während die erste Teilinduktivität Ll-I an die Stelle der bisherigen Lampendrossel Ll tritt, ist die zweite Teilinduktivität Ll-2 seriell zum Reso ^¬ nanzkondensator C3 geschaltet, wobei die Serienschaltung aus Resonanzkondensator C3 und zweiter Teilinduktivität Ll-2 parallel zur Lampe La zwischen die erste Swi und die zweite Sekundärseite S _w2 gekoppelt ist.

Durch diese Maßnahme liegt der Punkt der höchsten Spannung somit nicht mehr an der Lampe La, sondern am Verbindungspunkt von Resonanzkondensator C3 und zweiter Induk- tivität Ll-2. Durch den eingezeichneten Wicklungssinn der zweiten Induktivität Ll-2, die mit der ersten Induktivität Ll-I gekoppelt ist, mit Bezug auf den Wicklungssinn der ersten Induktivität Ll-I ist die Spannung an der zweiten Induktivität Ll-2 der Spannung am Resonanzkonden- sator C3 entgegengesetzt und bewirkt eine Verkleinerung der resultierenden Spannung über der Lampe La. Dadurch kann der Resonanzkondensator C3 verkleinert werden und die Lastkreis-Resonanzfrequenz kann wieder über die Betriebsfrequenz gelegt werden. Gleichzeitig verschiebt sich die Vorheizfrequenz bei gleichem Vorheizstrom zu höheren Frequenzen.

Mit Bezug auf das oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebene Ausführungsbeispiel ergeben sich folgende Werte:

Die ursprünglichen 2,2 mH für die Lampendrossel Ll teilen sich auf in 1,75 mH für die erste Induktivität Ll-I und 0,45 mH für die zweite Induktivität Ll-2. Während die Lampendrossel Ll mit Bezug auf Fig. 1 180 Windungen auf- weist, weist die Induktivität Ll-I gemäß Fig. 2 160 und die Induktivität Ll-2 gemäß Fig. 2 35 Windungen auf. Der Lampenstrom, die Betriebsfrequenz, der Vorheizstrom und die Vorheizspannung bleiben nahezu unverändert. Die Kapa ^¬ zität des Resonanzkondensators C3 sinkt von 8,2 nF auf 5, 6 nF.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist se ^¬ riell zum Resonanzkondensator und der zweiten Induktivität Ll-2 ein elektronischer Schalter angeordnet. Dieser ermöglicht in geschlossenem Zustand den Vorheizbetrieb und wird zum Zünden der Lampe geöffnet. Damit dann eine Resonanzüberhöhung der Spannung an der Lampe ermöglicht wird, ist ein weiterer Kondensator vorgesehen, der zwischen die Primärseiten P _W i und P _w2 gekoppelt ist.