ERKENNUNG VON LAMPEN- GLEICHRICHTUNGSEFFEKT

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Betriebsgeräte für Leuchtmittel, insbesondere für Gasentladungslampen, sowie auf ein Beleuchtungssystem. Es ist Aufgabe der Erfindung, in effizienter Weise eine Regelung oder eine Fehlerkennung beim Betrieb von Leuchtmitteln durchzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung besonders vorteilhaft weiter.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, wie bspw. Gasentladungslampe, ausgehend von einer getakteten Schaltung. Zur Erkennung eines Zustands, insbesondere eines Fehlerzustands, des Betriebs des Leuchtmittels wird ein Messsignal, das einen ersten elektrischen Parameter bezüglich des Leuchtmittelbetriebs wiedergibt, mit einem Schwellenwert verglichen. Der Schwellenwert ist abhängig von einem das Leuchtmittel aufweisende Gleichrichtereffekt einstellbar. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, wie bspw. Gasentladungslampe, ausgehend von einer getakteten Schaltung. Zur Erkennung eines Fehlerzustands des Betriebs des Leuchtmittels wird ein Messsignal, das einen elektrischen Parameter bezüglich des Leuchtmittelbetriebs wiedergibt, mit einem. Schwellenwert verglichen. Der Schwellenwert ist abhängig von dem Gleichanteil der Leuchtmittelspannung einstellbar.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, wie bspw. Gasentladungslampe. Ein Gleichrichtereffekt des

Leuchtmittels wird derart ermittelt, dass aus einem Vergleich eines diesen Gleichrichtereffekt wiedergebenden Wertes (Sbase) mit einem Schwellenwert (SEOL+) ein Fehlerzustand (EOL) ableitba ist. Der ermittelte Gleichrichtereffekt wird beim Überwachen eines weiteren Fehlerzustands berücksichtigt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerschaltung, insbesondere ASIC oder Mikrokontroller, die für ein derartiges Verfahren ausgelegt ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere für Gasentladungslampen, aufweisend eine derartige

Steuerschaltung. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, aufweisend eine Steuereinheit und wenigstens ein damit vorzugsweise über eine Busleitung verbundenes derartiges Betriebsgerät. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung zum Betrieb eines Leuchtmittels, wie bspw. Gasentladungslampe, aufweisend eine Halbbrücken- oder Vollbrückenschaltung zur Bereitstellung einer

Versorgungsspannung für das wenigstens eine Leuchtmittel, und eine Steuerschaltung zur Regelung des Betriebs der Leuchtmittel und/oder Fehlererkennung. Zur Erkennung eines Fehlerzustands des Betriebs des Leuchtmittels wird ein Messsignal, das einen ersten elektrischen Parameter bezüglich des Leuchtmittelbetriebs wiedergibt, mit einem Schwellenwert verglichen. Der Schwellenwert ist abhängig von einem das Leuchtmittel aufweisende Gleichrichtereffekt einstellbar. Diese Aspekte könne folgendermaßen weitergebildet werden.

Der Gleichrichtereffekt kann durch direkte oder indirekte Überwachung eines Gleichrichtereffekt-Parameters erfasst werden. Der Gleichrichtereffekt-Parameter kann die am Leuchtmittel abfallende Spannung, der Leuchtmittelstrom, die Leuchtmittelimpedanz und/oder die vom Leuchtmittel bezogene Leistung abbilden.

Der Gleichrichtereffekt kann durch direkte oder indirekte Überwachung eines Gleichrichtereffekt-Parameters erfasst werden. Der Gleichrichtereffekt-Parameter kann die am Leuchtmittel abfallende Gleichspannung oder die ünsymmetrie des Lampenstroms wiedergeben. Der Schwellenwert kann derart einstellbar sein, dass eine Variation des Gleichrichtereffekt-Parameters eine entsprechende Variation des Schwellenwerts zur Folge hat.

Der Schwellenwert kann bei jedem Takt bzw. bei jeder Periode der getakteten Schaltung einstellbar sein.

Eine erfasste Änderung des Gleichrichtereffekt-Parameters kann im nächsten Takt der getakteten Schaltung zur Anpassung des Schwellenwerts führen. Innerhalb eines Takts kann die maximal zulässige Änderung des Schwellenwerts begrenzt sein. Ein Fehlerzustand kann ausgelöst werden, sobald der Gleichrichtereffekt-Parameter einen Schwellenwert erreicht bzw. mehrmals erreicht.

Das Messsignal kann den Strom durch einen Schalter der getakteten Schaltung wiedergeben, und zur Erkennung eines Überstroms mit einem Schwellenwert verglichen werden.

Der Schwellenwert kann zur Erkennung eines spannungslosen Wiedereinschalten eines Schalters der getakteten Schaltung dienen.

Der Schwellenwert kann zur Erkennung eines kapazitiven Betriebs des Leuchtmittels dienen.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung sollen nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert werden.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines

ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bzw. einer Abwandlung davon,

Figur 2 den zeitlichen Verlauf von

unterschiedlichen Signalen bzw. Spannungen innerhalb vom Betriebsgerät. Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Anpassung des Schwellenwerts gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 4 einen erfindungsgemäßen Filter.

Figur 5, 6 die Eingangs- und Ausgangssignale

eines erfindungsgemäßen Filters. Zunächst soll schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messschaltung für ein Betriebsgerät 1 für mindestens ein Leuchtmittel anhand von Fig. 1 erläutert werden.

Die Netzwechselspannung wird über einen Filter 8 einem AC/DC-Wandler 7 zugeführt. In dem AC/DC-Wandler 7 wird die NetzwechselSpannung in eine Gleichspannung umgewandelt und auf eine höhere . Spannung, vorzugsweise zwischen 300V und 400V, eingestellt. Diese liegt dementsprechend auch am Speicherkondensator 6 an. Der AC/DC-Wandler 7 kann einen Gleichrichter und auch eine aktive (durch einen durch eine Steuereinheit gesteuerten Schalter getaktete oder durch eine Ladepumpen-Schaltung (Active oder Passive Valley Fill) gebildete) Leistungsfaktorkorrektur- (PFC-) Schaltung enthalten.

Ein Wechselrichter 2, in diesem Fall eine Halbbrücke, steuert die Schalter Ql und Q2, vorzugsweise Leistungstransistoren, abwechselnd an. Dieser wird zur Bereitstellung einer VersorgungsSpannung für mindestens ein Leuchtelement 4 verwendet. Bei dem Leuchtelement oder Leuchtmittel kann es sich um eine Gasentladungslampe, aber auch um jeden anderen Leuchtmitteltypen handeln, beispielsweise um eine LED bzw. OLED oder LED/OLED- Anordnung . Zur Vereinfachung wird in Fig. 1 die Last 5, beinhaltend das Leuchtelement 4 sowie weitere für die Vorschaltung notwendige elektrische Bauelemente, nur angedeutet.

Der Halbbrückenstrom wird über einen Messwiderstand R102 in Serie zu dem potentialniedrigeren Schalter Q2 der Halbbrücke erfasst. Die Lampenspannung wird über einen Widerstandsteiler R104 erfasst. Beide Messsignale werden vorzugsweise über einen einzelnen Pin SDV_lamp einer Steuerschaltung 3, vorzugsweise einem ASIC, zugeführt. Alternativ zum ASIC kann jedoch auch jede andere Form einer integrierten Schaltung wie ein Mikrocontroller oder eine Hybridlösung, oder eine konventionelle (diskrete) Schaltung verwendet werden.

Der ASIC 3 steuert ebenfalls den AC/DC Wandler und die Taktfrequenz der Halbbrücke 2.

Dem Pin SDV_lamp liegt also eine Addition der Spannungen des Lampenspannungs-Widerstandsteiler R104 und des Messwiderstands R102 an. Es ist jedoch auch möglich, die 2 Signale mit unterschiedlichen Anschlüssen des . ASICs zu verbinden. Der ASIC 3 weist eine interne Konstantstromquelle A auf . Diese beaufschlagt das eingehende Signal mit einem DC-Level, so dass negative Spannungen am Pin SDVlamp vermieden werden. Anstelle der internen KonstantStromquelle A kann auch eine externe Stromquelle, im einfachsten Fall ein an eine Speisespannung (z.B. die Busspannung oder

Niedervoltversorgung) angeschlossener Widerstand sein oder es kann auch eine interne oder externe Spannungsquelle eingesetzt werden. Das Signal des Halbbrückenstroms weist ein regelmäßiges Zeitintervall auf, mit vorzugsweise einer halben

Periodenlänge, in der es 0 ist. Grund hierfür ist, dass während dieser Zeitdauer der Schalter Q2 geöffnet ist und daher kein Halbbrückenstrom gemessen wird. In diesem Zeitraum liegt folglich am Pin SDVi _amp ' nur die Lampenspannung an. Dieser Umstand kann zur Diskriminierung der beiden Signale ausgenutzt werden. Das Signal der Lampenspannung weist eine Sinuskurve auf, die durch Messung von Frequenz und Amplitude hinreichend bestimmt werden kann.

Weiterhin kann zu Diskriminierung ausgenutzt werden, dass Lampenspannungs -Fehlerzustände verhältnismäßig langsame Erscheinungen sind, während die Fehlerzustände beim Halbbrückenstrom mit verhältnismäßig großer Amplitude und dafür kurzzeitig auftreten. Mit Hilfe der beiden Signale kann wie im Folgenden näher beschrieben ein Überstrom, bspw. bei Drosselsättigung im Lampenzündvorgang oder ein Überstrom im Lampenbetrieb bestimmt werden. Des Weiteren können ein kapazitiver Betrieb der Lampe und ein EOL-Effekt (End of Lamp life) der Lampe erkannt werden.

Die Dämpfung der Wechselspannungskomponente der Lampenspannung erfolgt bei der Schaltung gemäß Fig. 1 unabhängig von ihrer Gleichspannungskomponente . Vorzugsweise wird die Wechselspannungskomponente stärker gedämpft als die Gleichspannungskomponente. Dies wird durch die Parallelschaltung von Kondensator C10X und Widerstand R102 erreicht. Diese Parallelschaltung wirkt stark dämpfend auf höhere Frequenzen. Der Kondensator C10X dient als Filter für den AC-Anteil. Somit ist der DC- Anteil relativ zum AC-Anteil weniger stark gedämpft .

Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass beide Werte in für den ASIC geeignete Bereiche _^ gedämpft werden können. Dies ist notwendig, da die Spannungsspitzen der Wechselspannungskomponente im Zündungsvorgang um ein Vielfaches höher sind, als die Gleichspannungskomponente, deren DC-Offset zur Identifizierung eines EOL verwendet wird. Wenn der Kondensator C10X einen ausreichend großen Wert aufweist, kann der hochfrequente

Wechselspannungsariteil der Lampenspannung herausgefiltert werden, so dass das erfasste Signal am Eingang SDV _Lamp sich aus dem Gleichspannungsanteil der Lampenspannung und dem Halbbrückenstrom zusammensetzt. Somit kann während der Phase, in der kein Halbbrückenstrom erfasst wird, der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung gemessen werden, während in der Phase, in der ein Halbbrückenstrom fließt, unter Beachtung des ermittelten Gleichspannungsanteils der Lampenspannung der Halbbrückenstrom erfasst werden.

Das AC-Signal des Halbbrückenstroms kann bspw. zur Identifikation einer Sättigung der Drossel sowie zur Erkennung von einem Überstrom, einem kapazitivem Betrieb oder auch zur Vorheizregelung verwendet werden.

Bei der Zünderkennung wird beispielsweise zusätzlich überwacht, ob die Drossel nicht mehr in Sättigung geht. Es kann auch eine Zündregelung erfolgen, bei der die Drossel bis in die Sättigung getrieben wird. Bei der Zündung einer zündunwilligen oder defekten Lampe wird die Schaltung in die Sättigung getrieben, da die Frequenz sehr nahe, an Resonanz geschoben wird) . Im Falle einer Sättigung kann zumindest ein Halbbrückenschalter früher geöffnet werden, jedoch wird vorzugsweise der nächste Schalttakt mit der vorherigen Einschaltzeit eingeleitet. Das Wegfallen der Sättigung, bzw. eines hohen Zündstromes, kann auch als Zünderkennungssignal genutzt werden

Weitere vorteilhafte Auswertungsmöglichkeiten des Stromsignals werden im Folgenden gezeigt. Hierfür kann der Halbbrückenstrom und/oder der Lampenstrom erfasst werden. Damit der Lampenstrom' für eine Messung beim Vorheizen verwendet werden kann, bedarf es einer besonderen Vorschaltung, so dass auch beim Vorheizen dieser Lampenstrom gemessen werden kann. Das Lampenstromsignal kann an dem Punkt "lamp voltage" gemessen werden. Der Halbbrückenstrom kann über die Messpannung an dem Halbbrückenshunt R101 erfasst werden:

- Eine Halbbrückenstrommessung und/oder Lampenstromme ^' ssung kann zur „Closed Loop" -Regelung (d.h. Regelung mit , geschlossener Regelschleife) der

Lampenleistung oder der Vorheizenergie verwendet werden.

- Außerdem kann eine Messung zur Erkennung der Lampenwendeln anhand der übermittelten Vorheizenergie, bzw. des Glühdrahts durchgeführt werden. Somit kann eine Lampenerkennung durchgeführt werden.

- Es kann eine „Relamp" -Erkennung durchgeführt werden, d.h. ob eine (neue) Lampe eingesetzt worden ist, nämlich an dem Verhalten des Ausgangskreises

- Eine Halbbrückenstrommessung und/oder Lampenstrommessung, kann zur Fehler Erkennung eingesetzt werden: Es kann die Gefahr einer Sättigung während der Zündung oder eines zu hohen Stroms auch während des Betriebs verringert werden.

- Außerdem kann ein Schutz vor einem kapazitiven Lampenbetrieb und/ oder einer Überlastung der Schalter beim Einschalten erreicht werden.

- Eine Halbbrückenstrommessung und/oder Lampenstrommessung kann zur Stromregelung verwendet werden.

- Der Halbbrückenstrom kann auch zur Regelung der Heizenergie, insbesondere der Vorheizenergie, verwendet werden.

- Der Lampenstrom kann zur Regelung der Lampenleistung oder zur Regelung der Vorheizenergie verwendet werden.

- Es kann auch eine Sättigung (insbesondere während der

Zündung) oder eine Überspannung im Lastkreis anhand der Spannungsmessung erkannt^ werden.

Weitere vorteilhafte Anwendungen der Spannungsauswertung werden im Folgenden gezeigt.

- Eine Spannungsmessung kann zur End-Of-Life-Erkennung der Lampe eingesetzt werden.

- Eine Lampenspannungsmessung kann durchgeführt werden

- Es kann eine Erkennung des Heizdrahts durchgeführt werden, beispielsweise bei Vorhandensein eines zusätzlichen DC-Pfads von der Bus-Spannung über eine Wendel. Dadurch kann ebenfalls erkannt werden, ob überhaupt eine Lampe eingesetzt ist.

- Es kann eine „ Relamp" -Erkennung durchgeführt werden, d.h. ob eine neue Lampe eingesetzt worden ist.

- Es kann eine Lampenzündung erkannt werden. Dabei ist zu beachten, dass jegliche

Auswertungsmöglichkeiten der Strommessung mit denen der Spannungsmessung kombiniert werden können. Zum Starten einer Lampe werden zunächst die Heizungswendeln der Lampe 4 vorgeheizt. Hierfür erzeugt die Halbbrücke 2 eine WechselSpannung, die oberhalb der Resonanzfrequenz der Resonanzschwingkreises liegt . Die sich dadurch ergebende Spannung ist zu niedrig, um die Zündung der Lampe 4 hervorzurufen. Der Pin SDVI _Lamp darf sich zu diesem Zeitpunkt im Standby-Zustand befinden, falls keine der oben beschriebenen Messungen in Anspruch genommen wird, wie bspw. eine Lampenwendelerkennung oder die Vorheizregelung.

Am Ende der Vorheizzeit wird die Zündung der Lampe 4 dadurch erreicht, dass die Einschaltzeit der beiden Schalter Ql und Q2 des Wechselrichters schrittweise erhöht wird. Dementsprechend reduziert sich die Betriebsfrequenz des Wechselrichters. ,

In der Vorheizphase fliesst ein geringer Strom durch die Lampe. Der DC-Offset, der durch den EOL-Effekt verursacht wird, ist sehr gering. Dieser kann daher hier ignoriert werden. Daher ist hier keine Kompensation eines DC-Offsets durch eine interne DC-Stromquelle A notwendig. So ist es möglich, die interne Stromquelle A erst nach der Zündung der Lampe mit einem voreingestelltem Wert einzuschalten. Die interne Stromquelle A kann auch als stufenweise schaltbare Stromquelle oder als Parallelschaltung von zwei Stromquellen realisiert werden. Dadurch können verschiedene Ströme zur Kompensation eines DC-Offsets durch die interne Stromquelle A eingeprägt werden und somit während der unterschiedlichen Betriebsphasen unterschiedliche Kompensationen bzw.

Abschaltempfindlichkeiten erreicht werden. Vorzugsweise kann während der Zündung e n geringerer Strom für die interne Stromquelle A eingestellt werden, so dass eine geringere Empfindlichkeit entsprechend der zu erwartenden hohen Spannungen eingestellt werden kann.

Die Erkennung von Fehlern wie beispielsweise die Erkennung des EOL-Effekts kann abhängig vom Betriebszustand der Lampe bzw. der Schaltung aktiviert werden.

Im Folgenden wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Vermeidung von Überstrom bei der Lampenzündung beschrieben.

Nach dem Start des Vorgangs in einem ersten Schritt werden die Heizungswendeln vorgeheizt . Im nächsten Schritt wird Schalter Ql des Wechselrichters geschlossen. Schalter Q2 ist zu dieser Zeit geöffnet. Nach einer Zeit t _R wird der Schalter Ql wieder geöffnet. Bei t _R handelt es sich vorzugsweise um die halbe Periodendauer der aktuellen Betriebsfrequenz des Wechselrichters, es kann sich jedoch auch um eine kürzere Zeitdauer handeln.

Im darauf folgenden Schritt wird der Schalter Q2 geschlossen. Zwischen dem Öffnen des Schalters Ql und dem Schließen des Schalters Q2 kann eine Verzögerungszeit t _D liegen.

Im nächsten Schritt wird das an .Pin SDV _lamp anliegende Signal gemessen. Befindet es sich über einem Schwellenwert iamp peak (pk) so wird der Lampe ein unzulässig hoher Strom zugeführt. Es ist jedoch auch denkbar, einen unzulässig hohen Strom erst dann zu konstatieren, wenn der Schwellenwert mehrmals, beispielsweise fünfmal übertreten wurde. Zusätzlich kann auch der Anstieg des Stromes bewertet werden und ein unzulässig hoher Anstieg als zusätzliches Bewertungskriterium genutzt werden.

Bei Bestimmung des Schwellenwerts muss an der im ASIC zu analysierende Kennlinie ständig das Signal der LampenwechselSpannung berücksichtigt werden. Hierfür muss das Signal der Lampenspannung vom ASIC analog ohne Verzögerung kompensiert werden. Mit Hilfe des Zeitfensters, in dem Schalter Q2 geöffnet und dementsprechend der gemessene Halbbrückenstrom null ist, kann das Lampenspannungssignal ermittelt werden.

Bei einer Glättung bzw. Dämpfung der

Wechselspannungskomponente der Lampenspannung durch einen Kondensator (s. Fig. l) kann es ausreichend sein, dass nur die Gleichspannungskomponente der Lampenspannung betrachtet werden muss .

Zur Rückführung des Halbbrückenstroms in zulässige Bereiche wird nunmehr der Schalter Q2 sofort wieder geöffnet. Dies kommt einer Erhöhung der aktuellen Schaltfrequenz gleich. Die eigentliche Betriebsfrequenz des Wechselrichters wird jedoch nicht verändert. Der Vorgang wird stattdessen mit Beibehalten der aktuellen Betriebsfrequenz, vorzugsweise nach einer Totzeit, durch einen Rücksprung zu dem Schritt des Schließens des Schalters Ql wiederholt. Es ist jedoch auch möglich, die Rückführung des Halbbrückenstroms in zulässige Bereiche zu erreichen, indem die Betriebsfrequenz des Wechselrichters kurzfristig erhöht wird.

Befindet sich das an Pin SÜV _lamp anliegende Signal unterhalb eines Schwellenwerts Vi _amp _peak (pk) , wird nach der Zeit t _R der Schalter Q2 wieder geöffnet. Der Schalter Q2 kann jedoch auch in einer Zeit t< t _R wieder geöffnet werden . In einem darauf folgenden Schritt wird die Einschaltdauer t _R vergrößert. Somit wird auch die Betriebsfrequenz des Wechselrichters verkleinert.

Der Vorgang wiederholt sich in weiterer Folge mehrmals . Zwischen den Schritten des Öffnens und Schließens der Schalter kann eine Verzögerungszeit t _D liegen.

Im Normalbetrieb der Lampe kann der unzulässige Zustand auftreten, dass die Lampe kapazitiv betrieben wird. Bei diesem Zustand fließt beim Einschalten bereits ein Ström durch den Schalter. Hierdurch kann der Schalter zerstört werden. Des Weiteren funktioniert im kapazitiven Betrieb die Regelung der Lampe durch den ASIC nicht mehr.

Im folgenden Beispiel wird ein Verfahren , zur Vermeidung eines kapazitiven Betriebs der Lampe gezeigt. Zur Identifizierung eines kapazitiven Betriebs wird hier eine Gradientenmessung zwischen der Phase von Lampenspannung und Halbbrückenstrom vorgenommen. (Anstelle der Lampenspannung kann auch eine andere Spannung im Lastkreis überwacht werden, beispielsweise die Spannung über der Drossel oder über einem Transformator, sofern dieser vorhanden ist.) Nach einer erfolgreichen Zündung befindet sich die Lampe im Normalbetrieb. Es werden nunmehr mindestens zwei Messungen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten am Pin SDVi _amp vorgenommen. Bei den Messungen handelt es sich um Abtastwerte (Samples) . Die Messungen werden zu einem Zeitpunkt gewählt, wenn der Schalter Q2 gerade noch nicht geöffnet worden ist.

Es wird dann die Differenz der mindestens 2 Messungen berechnet .

Ist der nachfolgende Abtastwert niedriger als der vorige, so besteht ein induktiver Betrieb der Lampe. Dieser Betrieb ist zulässig.

Es wird der Messvorgang mehrmals wiederholt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit erst nach einem Zeitintervall , oder erst nach der Veränderung von Parametern, z.B. der Lampendimmung, erneut eine Messung vorzunehmen.

Ist der nachfolgende Abtastwert höher als der vorige, so besteht ein kapazitiver Betrieb der Lampe. Dieser Betrieb ist unzulässig.

Es ist jedoch auch denkbar, einen unzulässig kapazitiven Betrieb erst dann zu konstatieren, wenn der nachfolgende Abtastwert mehrmals, beispielsweise fünfmal nacheinander höher als der vorige war.

Daraufhin wird der Schalter Q2 geöffnet.

Nach einer Totzeit wird der Schalter Ql wieder geschlossen. Bei der Totzeit handelt es sich vorzugsweise um einen vorgegebenen Wert, es ist jedoch auch denkbar ein adaptives Verfahren zur Bestimmung der Totzeit zu verwenden. So wäre beispielsweise eine Verlängerung der Totzeit bei einmaligem oder erneutem Auftreten eines kapazitiven Betriebs möglich. Die Totzeit kann auch dadurch angepasst werden, dass der Halbbrückenstrom kurz vor Einschalten des Schalters Q2 (also während schon ein Strom durch die Freilaufdiode vom Schalter Q2 fließt) gemessen und geprüft wird. Bei einem unzulässigen Wert für den Halbbrückenstrom kann die Totzeit erhöht werden und somit der Schalter Q2 vor einem Oberstrom bzw. einer Überlastung geschützt werden.

Nach Schließen des Schalters Ql wird zurück gesprungen und der Messvorgang wiederholt.

Ein weiteres Verfahren zur Vermeidung eines kapazitiven Betriebs der Lampe wird im Folgenden erläutert . Zur Identifizierung eines kapazitiven Betriebs wird hier eine Differenzmessung von Absolutwerten vorgenommen.

Ah Stelle der Differenzmessung ist jedoch auch eine Absolutwerterfassung denkbar. Hierbei wird ein Vergleich des Stromwerts vor dem Ausschalten von Schalter Q2 mit einem Schwellenwert vorgenommen.

Nach einer erfolgreichen Zündung befindet sich die Lampe im Normalbetrieb. Es wird eine Messung Sl unmittelbar vor dem Ausschalten von Schalter Q2 am Pin SDVi _arap vorgenommen.

Ein weitere Messung S2 wird unmittelbar nach dem Einschalten von Schalter Ql vorgenommen.

Dann wird der Schwellenwert mit der Differenz Sl - S2 verglichen. Ist die Differenz Sl - S2 größer als der Schwellenwert, so besteht ein induktiver Betrieb der Lampe . Dieser Betrieb ist zulässig. Es wird zurückgesprungen und der Messvorgang wiederholt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit erst nach einem Zeitintervall, oder erst nach der Veränderung von Parametern, z.B. der Lampendimmung , erneut eine Messung vorzunehmen.

Ist die Differenz Sl - S2 kleiner als der Schwellenwert, so besteht ein kapazitiver Betrieb der Lampe. Dieser Betrieb ist unzulässig. Es ist jedoch auch denkbar, einen unzulässig kapazitiven Betrieb erst dann zu konstatieren, wenn die Differenz mehrmals, beispielsweise fünfmal nacheinander kleiner als der Schwellenwert war.

Die Ansteuerfrequenz der Halbbrücke wird im Weiteren erhöht . Dadurch gelangt der Lampen Betrieb wieder in den induktiven Ast der Resonanzkurve.

Falls über eine vorgegeben Anzahl von Messungen hinaus ein unzulässiger kapazitiver Betrieb erfasst wird, wird die Lampe abgeschaltet.

Hierfür kann ein Zähler x genutzt werden, der jeweils um eins erhöht wird.

Der Wert des Zählers x wird mit einem Referenzwert verglichen.

Ist x ^ Χ,-ax, so wird die Lampe abgeschaltet. Hierbei kann der der Zähler x auf 0 zurück gesetzt werden. Anstatt eines sofortigen Abschaltens, ist auch jede aridere Maßnahme denkbar, beispielsweise ein Signal, das vor einem kapazitiven Betrieb warnt. Es bleibt zu vermerken, dass selbstverständlich auch die Lösungsansätze aus den obigen Beispielen vertauscht werden können. Das bedeutet, dass bei einer Gradientenmessung ebenfalls eine Frequenzerhöhung der Halbbrücke, sowie bei einer Absolutwertmessung ein frühes Öffnen von Schalter 2 möglich ist. Auch andere Kombinationen von Merkmalen aus den obigen Beispiele sind denkbar.

Nach einer erfolgreichen Zündung der Lampe wird die Ladung in Kondensator C1Ö1 langsam kleiner. Diese Ladung wurde während der Zündphase durch einen hohen Halbbrückenstrom verursacht . Die interne Gleichstromquelle und die Gleichspannungskomponente der Lampenspannung laden jedoch auf Grund eines EOL (End of Lamp Life) - ¹ Effekts ^" den Kondensator C101 zur selben Zeit wieder auf. Auf diese Weise stabilisiert sich die Ladung auf einem gewissen Niveau .

Mit Hilfe einer Messung vor oder während des Ausschaltens des Schalters Ql kann die Gleichspannungskomponente der Lampenspannung einfach überwacht werden.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf von unterschiedlichen Signalen bzw. Spannungen innerhalb vom Betriebsgerät 1.

Das Signal Vgs/Ql gibt die Gate-Source-Spannung oder die SteuerSpannung des potentialhöheren Schalters Ql des Wechselrichters 2. Das Signal Vgs/Q2 ist die Gate-Source- Spannung oder die Steuerspannung des potentialniedrigen Schalters Q2. Beide Schalter werden während periodisch ein- und ausgeschaltet. In jeder Periode TP wird Jeder Schalter Ql, Q2 jeweils einmal eingeschaltet. Der potentialhöhere Schalter Ql wird zu einem Zeitpunkt TO, T4 eingeschaltet und zu einem späteren Zeitpunkt Tl wieder ausgeschaltet. Der potentialniedrige Schalter Q2 wird zu einem Zeitpunkt T2 eingeschaltet und zu einem späteren Zeitpunkt T3 wieder ausgeschaltet . Zwischen dem Ausschalten eines der Schalter und dem Einschalten des anderen Schalters liegt vorzugsweise eine Verzögerungszeit T2-T1 und T4-T3 vor. Die SteuerSpannungen Vgs/Ql, Vgs/Q2 für die Schalter sind vorzugsweise PWM-Signale.

Hinsichtlich des potentialniedrigen Schalters Q2 ist in Fig. 2 auch die Spannung Vds/Q2 zwischen Drain und Source gezeigt. Bei eingeschaltetem Schalter Q2 ist diese Spannung Vds/Q2 auf einem niedrigen Spannungs-Niveau, vorzugsweise Null . Nach Ausschalten des Schalters Q2 steigt diese Spannung Vds/Q2 bis zu einem konstanten Wert und sinkt nach Ausschalten des potentialhöheren Schalters Ql wieder bis zu dem niedrigen Spannungs-Niveau.

Das Signal SDEOL entspricht dem oben beschriebenen Signal SDV _Lamp , das am Pin von ASIC vorliegt und das die Messung des Halbbrückenstroms und der Lampenspannung wiedergibt .

Erfindungsgemäß kann wie oben beschrieben auf einen Gleichrichtereffekt zurückgeschlossen werden. Insbesondere wird dieser Effekt aufgrund des Signals SDEOL erkannt, z.B. wenn der Gleichanteil der Lampenspannung höher ist als ein erster Schwellenwert SEOL+ . Alternativ oder zusätzlich dazu wird ein Gleichrichtereffekt erkannt, wenn der Gleichanteil der Lampenspannung kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert SEOL- . Der Gleichrichtereffekt kann z.B. an älteren Gasentladungslampen bzw. Leuchtstofflampen auftreten und zu einer Überlastung des Betriebsgerät 1 führen. Wegen der ungleichmäßigen Emissionsflächen der beiden

Lampenelektroden kann dann der über die Gasentladungsstrecke der betroffenen Gasentladungslampe fließende Lampenstrom in einer Richtung höher sein als in der anderen. Die Leuchtstofflampe wirkt dann ähnlich wie ein Gleichrichter und lässt den Lampenstrom in einer Richtung bevorzugt durch, während er in Gegenrichtung weniger gut durchgelassen wird.

Ein langsamer auftretender Gleichrichtereffekt wird , erfindungsgemäß erkannt. Dies erfolgt z.B. mittels des Signals SDEOL, in dem der Wert dieses Signals SDEOL während der Ausschaltzeit des potentialhöheren Schalters Ql bzw. während der Einschaltzeit des potentialniedrigen Schalters Q2 detektiert wird. Der einzige gemessene Gleichanteil des Signals SDEOL kommt in dieser Zeitspanne in der Tat von der Lampenspannung. Befindet sich der gemessene Wert der DC-Lampenspannung nicht zwischen den beiden vorgesehenen Schwellenwerten SEOL+ und SEOL- , so wird ein unzulässiger Gleichrichtereffekt erkannt und entsprechende Maßnahmen ergriffen.

Der Gleichrichtereffekt kann alternativ auch dadurch erkannt werden, dass Unsymmetrien im Lampenstrom auftreten. Eine zu hohe Unsymmetrie würde dann zu einem Fehlerzustand führen. Als Überwachungssignal kann also auch der Lampenstrom dienen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Messung des Lampenstroms mit Hilfe des oben beschriebenen Signals SDVI _Lamp . Dieses Signal SDVI _Lamp ist an einem Pin des ASICs vorhanden, dem die Messung des Halbbrückenstroms, der Lampenspannung und des Lampenstroms zugeführt werden. Alternativ kann zur Messung des Lampenstroms ein Messwiderstand (nicht gezeigt) vorgesehen sein.

Eine aufgrund des Gleichrichtereffekts auftretende Stromverschiebung zwischen einzelnen Lämpenzweigen kann alternativ auch durch die Auswertung der Impedanz oder der Leistung der Lampe 4 erfasst werden, wobei die Impedanz oder die Leistung in bekannter Weise gemessen wird.

Bei eingeschaltetem potentialniedrigem Schalter Q2 wird mit Hilfe des Signals SDEOL das oben bereits beschriebene Verfahren zur Vermeidung von Überstrom durchgeführt. Während dieser Zeitspanne wird der Lampenstrom mit einem Schwellenwert für den Lampenstrom SOCP verglichen. Übersteigt der gemessene Lampenstrom diesen Schwellenwert SOCP, so wird ein Fehlerzustand OCP (Overcurrent Protection) ausgelöst, d.h. ein zu hoher Strom fließt durch den Widerstand in Serie zu dem potentialniedrigeren Schalter der Halbbrücke. Vorzugsweise sind die oben beschriebenen entsprechenden Maßnahmen zu ergreifen.

Erfindungsgemäß wird dieser Schwellenwert für den Lampenstrom SOCP abhängig von einem erkannten Gleichrichtereffekt eingestellt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird der Gleichanteil der Lampenspannung Sbase beim Einstellen des Schwellenwerts für den Lampenstrom SOCP berücksichtigt. Erhöht sich die DC-Lampenspannung Sbase, so veranlasst die Steuerschaltung 3 eine Steigerung des Schwellenwerts für den Lampenstrom SOCP.

In ähnlicher Weise werden erfindungsgemäß auch der Schwellenwert SCCD für den Fehlerzustand bzgl . eines kapazitiven Zustande, und der Schwellenwert für das Schalten der Schalter des Halbbrücken-Wechselrichters bei Nullspannungszustand entsprechend der DC-Lampenspannung angepasst .

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anpassung des Schwellenwerts SOCP zur Erkennung eines Fehlerzustands aufgrund eines zu hohen Stroms durch den potentialniedrigen Schalter Q2. Der potentialniedrige Schalter Q2 der Halbbrücke wird einmal pro Periode TP ein- und ausgeschaltet . Eine Periode kann auch als Takt bezeichnet werden.

In der ersten Periode zwischen 0 und TP misst die Steuerschaltung 3 ein DC-Lampenstrom von 0. Gleichzeitig führt die Steuerschaltung 3 eine Überstromüberwachung durch. Dazu vergleicht sie, wie bereits beschrieben, den Strom durch den Schalter Q2 mit dem festgelegten Schwellenwert SOCP/0. Da keine DC-Lampenspannung gemessen wurde, bleibt der Schwellenwert zum Erkennen eines Überstroms in der zweiten Periode gleich.

In dieser zweiten Periode zwischen TP und 2TP wird eine DC-Lampenspannung Δ1 gemessen. Dieser Wert wird erfindungsgemäß zur Anpassung des Schwellenwerts SOCP berücksichtigt. So wird in der dritten Periode zwischen 2TP und 3TP der Schwellenwert SOCP entsprechend erhöht, vorzugsweise auf SOCP/0 + Δ2. Aus der Fig. 3 ergibt sich, dass die Anpassung des Schwellenwerts SOCP vorzugsweise bereits eine Periode nach Erfassen einer DC-Lampenspannung erfolgt. Sobald eine Variation der DC-Lampenspannung von der Steuerschaltung 3 gemessen wird, wird im nächsten Takt bzw. in der nächsten Periode der Schwellenwert SOCP daran angepasst und neu berechnet .

Eine Variation Δ1 der DC-Lampenspannung führt dazu, dass der neue Schwellenwert um den Wert Δ2 verändert wird. Nach einem Ausführungsbeispiel steigt bzw. sinkt der Schwellenwert entsprechend der Variation der DC- Lampenspannung. In diesem Fall ergibt sich Δ2 = Δ1. Alternativ kann die Anpassung des Schwellenwerts proportional zur Variation Δ1 der DC-Lampenspannung veranlasst werden: Δ2 = k-ΔΙ, wobei k ein vorzugsweise positiver Wert ist. Vorzugsweise ist die Variation Δ2 des Schwellenwerts SOCP eine Funktion der Variation Δ1 der DC- Lampenspannung .

Die Erfindung schlägt somit vorzugsweise vor, eine Vielzahl von möglichen Fehlerzuständen beim Betrieb einer Gasentladungslampe an einem Pin eines ASICs zu erfassen. Die Erfassung an verschiedenen Pins ist auch vorgesehen. Diese Fehlerzustände sind, wie bereits erwähnt:

OCP (Overcurrent Protection) , d.h. zu hoher Strom durch den Shunt in Serie zu dem potentialniedrigeren

Schalter der Halbbrücke,

EOL (End of Lifetime) , Gleichrichtereffekt der Lampe,

CCD (Capacitive Current Detection) , kapazitiver Strom bzw. kapazitiver Betrieb,

Sättigung Denkbar wäre es auch, ein Schalten der Schalter des

Halbbrücken-Wechselrichters bei Nullspannungszustand zu detektieren. Indessen werden die Schwellenwerte für OCP und CCD sowie optionale weitere Fehler wie Sättigung oder Schalten bei Nullspannungszus and adaptiv eingestellt. Dazu wird der Referenzwert (SOCP, SCCD) in jedem Zyklus, in dem der potentialhöhere Schalter Ql eingeschaltet ist, neu

gesetzt.

Bei einer Manipulation der Spannung an dem Erfassungspin während des Zeitraums, während der potentialhöhere Schalter Ql eingeschaltet ist, können die entsprechenden Schwellenwerte (SOCP, SCCD) in dem darauf folgenden Zyklus verändert werden.

Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Abschaltung aufgrund eines OCP-, CCD-, und /oder eines weiteren Fehlerzustands abhängig von einer DC-Lampenspannung . Beispielsweise kann die Abschaltung erst bei einem höheren (SOCP/0 + Δ2) oder bereits bei einem sehr viel niedrigeren Schalterstrom (OCP-Zustand) erfolgen.

Die DC-Lampenspannung, in Fig. 2 auch Baseline oder Nulllinie genannt, bzw. dieser Pegel ist gleichzeitig auch der Pegel, der mit den nicht relativen, sondern absoluten Schwellwerten SEOL+, SEOL- für die Fehlerzustände EOL in Bezug gesetzt wird. Dies bedeutet, dass die entsprechenden Fehlerzustände erreicht sind, wenn der Baseline-Pegel die entsprechenden absolut vordefinierten Abschaltschwellen SEOL+, SEOL- erreicht. Es können indessen auch Störungen eingekoppelt werden, beispielsweise durch Taktung anderer Schalter im Betriebsgerät, PFC-Schalte , Heizungsschalter, etc. Eine Weiterentwicklung der Erfindung schlägt somit vor, solche kurzfristige Störungen bei der Anpassung der verschiedenen Schwellenwerte SOCP, SCCD möglichst zu ignorieren bzw. nicht unmittelbar zu berücksichtigen. Solcher Störungen werden erfindungsgemäß nur schrittweise bzw. Takt-Weise bis zu einem bestimmten Maß berücksichtigt, in dem im Zuge der Anpassung eine maximale Variation eines Schwellenwerts pro Takt festgelegt wird.

Fig. 4 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel eines Filters 170. Bei jedem Schaltzyklus der Halbbrücke werden die Schwellenwerte SOCP, SCCD adaptiv derart verändert, dass verhindert werden kann, dass die Einkopplung der genannten Störungen durch FehlInterpretation zu einem vorzeitigen Abschalten der Halbbrücke oder des Betriebsgeräts führt.

Der Filter 170 verhindert, dass solche sprunghafte Änderungen der DC-Lampenspannung zu unerwünschten Fehlerzuständen OCP, CCDführen. Das erfasste Signal des Pin SDV Lamp wird beispielsweise über einen Tiefpass dem Filter zugeführt. Optional kann ein Analog-Digital-Wandler (174) das Signal erfassen und weitergeben. Ein Eingangs- Komparator 171 speist einen Inkrementier-Dekrementier- Zähler 172. Eine Abtast-Einheit 173 ist vorzugsweise mit dem .getakteten Wechselrichter 2 getaktet, z.B. bei einer Periode von 50 ps . Die Abtast-Einheit 173 liefert m Ausgang des Filters 170 die Anpassung für die Schwellenwerte SOCP, SCCD.

Die Eingangs- und Ausgangssignale INPUT, OUTPUT des Filters 170 sind in den Fig. 5, 6 gezeigt. Das Eingangssignal INPUT entspricht vorzugsweise dem detektierten Gleichanteil der Lampenspannung bzw. gibt diesen Wert wieder. Das Ausgangssignal OUTPUT entspricht dem angepassten Schwellenwert SOCP, SCCD oder der Variation des Schwellenwerts Δ2 bzw. gibt diese Werte wieder.

Auf Fig. 5 nimmt das Eingangssignal INPUT bei t-0 s den Wert 20 und bleibt dann konstant bis zum Zeitpunkt t=0,010 s . Zu diesem Zeitpunkt steigt das Eingangssignal INPUT auf den Wert 30.

Erfindungsgemäß ist bei jedem Zyklus die maximale Variation des Schwellenwerts SOCP, SCCD begrenzt. Der Filter 170 begrenzt z.B. die Variation auf den Wert 1 für jeden Zyklus. Mit anderen Worten können sich die Schwellenwerte innerhalb von 50 με, was dem Takt des Wechselrichters entspricht, um maximal den Wert 1 erhöhen oder abfallen. Bei den in Fig. 5, 6 angegebenen Werten für die Eingangs- und AusgangsSignale handelt es sich vorzugsweise um Spannungen in Volt.

Am Ausgang wird bereits nach 0,001 s, d.h. nach 20 Takten, der Eingangswert von 20 berücksichtigt.

In Fig. 6 ist indessen ein Eingangssignal gezeigt, das von t=0 bis t=0,020 s nahezu konstant bleibt. Lediglich bei t=0,010 s ergibt sich eine kurzfristige sprunghafte Erhöhung der DC-Lampenspannung, die z.B. auf eine Störungen zurückzuführen ist .

Der Wert des Ausgangssignals steigt rapide, d.h. bereits nach 0,0025 s, auf den vorgegebenen Eingangswert von 50. Danach bleibt das Ausgangssignal und somit auch' der Schwellenwert SOCP, SCCD stabil auf den gewünschten Wert. Die sprunghafte Störung bei t=0,010 führt lediglich dazu, dass das Ausgangssignal für zwei Zyklen jeweils um den maximal zugelassenen Wert 1 erhöht wird. Nach zwei Zyklen ist die Störung vorüber und das Eingangssignal fällt wieder auf den Wert 50 zurück. Entsprechend fällt das Ausgangssignal innerhalb von zwei weiteren Zyklen auf den gewünschten Wert. Die kurzfristige Störung hat somit keinen negativen Einfluss auf die Fehlererkennung OCP, CCD.

Das von der Erfindung vorgeschlagene adaptive Nachführen der Schwellenwerte SOCP, SCCD ist besonders vorteilhaft in einem Zustand, in dem bereits ein gewisser EOL-Beitrag geliefert wird, die EOL-Abschaltschwellen SEOL+, SEOL- aber noch nicht erreicht wurden.

Der DC-Offset der Lampenspannung kann gewisse Schwankungen unterliegen. Indessen ist es gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass diese Schwankungen adaptiv zur entsprechenden Verschiebung der Abschaltschwelle SOCP, SCCD in dem nächsten Zyklus führen.

Zusätzlich oder alternativ kann auch ein etwaiger Gleichspannungsoffset am Eingang SDV Lamp bereits in der Phase vor der Zündung der Lampe ermittelt werden und dann bei dem Betrieb der Lampe, also nach dem Zünden, mit bei den Auswertungen der Messungen und beim Setzen der Schwellwerte mit berücksichtigt werden.

Bezugszeichenliste :

1 Betriebsgerät

2 Wechselrichter

3 Steuerschaltung mit interner Gleichstromquelle

4 Leuchtelement

5 Last

6 Speicherkondensator

7 AC/DC-Wandler

8 Filter

Ql potentialhöherer Schalter (HS= High Side)

Q2 · potentialniedrigerer Schalter (LS= Low Side)

R102 Messwiderstand in Serie zur Halbbrücke zur

Messung des Halbbrückenstroms

R104 Spannungsteilerwiderstand parallel zum

Leuchtelement zur Messung der Lampenspannung SDV _Lamp Pin des ASICs, dem die Messung des

Halbbrückenstroms und der Lampenspannung zugeführt werden

SDVI _Lamp Pin des ASICs, dem die Messung des

Halbbrückenstroms, der Lampenspannung und des

Lampenstroms zugeführt werden

A interne Gleichstromquelle des ASICs

R101 Messwiderstand („Shunt")

C101 Wechselstromfilter

R107 Messwiderstand in Serie zum Leuchtelement zur

Messung des Lampenstroms

C62 Koppelkondensator

L60 Drossel des Serienresonanzschwingkreises C63 Kondensator des Serienresonanzschwingkreises

I _S Halbbrückenstrom

ILamp Lampenstrom

VLamp Lampenspannung