Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord ^¬ nung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe mit einem Eingang mit einem ersten und mit einem zweiten Ein- gangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungsgleichspannung, einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektronischen Schalter, wobei die Serienschaltung aus dem ersten und dem zweiten elekt- ronischen Schalter unter Ausbildung eines ersten Brückenmittelpunkts zwischen den ersten und den zweiten Ein- gangsanschluss gekoppelt ist, einem Ausgang zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe, wobei der Aus ^¬ gang mit dem ersten Brückenmittelpunkt gekoppelt ist, ei- nem Shunt-Widerstand, der seriell zum zweiten elektroni ^¬ schen Schalter gekoppelt ist, und einem dem Shunt- Widerstand zugeordneten Abgriffspunkt zum Abgreifen der im Betrieb über dem Shunt-Widerstand abfallenden Spannung, einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbe- triebs der mindestens einen Entladungslampe mit einem Eingang zum Zuführen eines Messsignals, einer Vorrichtung zur Zündregelung der mindestens einen Entladungslampe mit einem Eingang zum Zuführen eines Messsignals, und einer Steuervorrichtung zur Ansteuerung zumindest des ersten und des zweiten elektronischen Schalters, wobei die Steu ^¬ ervorrichtung mit der Vorrichtung zum Ermitteln eines Ü- berlastbetriebs und der Vorrichtung zur Zündregelung gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, die Ansteuersignale für zumindest den ersten und den zweiten elektronischen Schalter in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung zur Zündregelung zu modifizieren .

Stand der Technik Fig. 1 zeigt in diesem Zusammenhang eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung. Diese weist einen Eingang mit einem ersten El und einem zweiten Ein- gangsanschluss E2 auf, zwischen denen eine Versorgungs ^¬ gleichspannung, bevorzugt die so genannte Zwischenkreis- Spannung U _zw , angelegt ist. Zwischen die Eingangsanschlüsse El und E2 ist die Serienschaltung eines ersten Sl und eines zweiten elektronischen Schalters S2 in Halbbrückenanordnung sowie eines Shunt-Widerstands R _s gekop ^¬ pelt. Zwischen den Schaltern Sl, S2 ist ein Halbbrücken- mittelpunkt HBM1 ausgebildet, der über eine Induktivität LI mit einem ersten Ausgangsanschluss AI gekoppelt ist. Ein weiterhin vorhandener zweiter Halbbrückenmittelpunkt ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Der erste Ausgangsan ^¬ schluss AI bildet zusammen mit einem zweiten Ausgangsan- schluss A2 einen Ausgang zum Koppeln mit mindestens einer Entladungslampe .

Die Schalter Sl, S2 werden in üblicher Weise von einer Kontrollvorrichtung 10 im Gegentakt abwechselnd leitend und sperrend geschaltet, insbesondere mit einer Frequenz ^ 20 kHz. Zwischen dem Schalter S2 und dem Shunt- Widerstand R _s ist ein Abgriffspunkt AP gebildet, der über eine Integratorvorrichtung, die einen Ohmschen Widerstand R3 und einen Kondensator Cl umfasst, zur Zuführung eines Messsignals MSI mit einem ersten Eingangsanschluss EA1 der Kontrollvorrichtung 10 gekoppelt ist. Der Eingangsan- schluss EA1 ist über eine Treibervorrichtung 12 mit einer Vorrichtung 14 zum Ermitteln eines Überlastbetriebs der mindestens einen Entladungslampe gekoppelt. Dem Shunt- Widerstand R _s ist ein Spannungsteiler, der die Ohmschen Widerstände Rl und R2 umfasst, parallel geschaltet. Der Abgriffspunkt des Spannungsteilers Rl, R2 ist zur Zufüh ^¬ rung eines zweiten Messsignals MS2 mit einem zweiten Ein- gangsanschluss EA2 der Kontrollvorrichtung 10 gekoppelt. Das Messsignal MS2 am Eingangsanschluss EA2 wird über ei ^¬ ne Treibervorrichtung 16 einer Vorrichtung 18 zur Zündregelung der mindestens einen Entladungslampe zugeführt.

Vorrichtungen zum Ermitteln eines Überlastbetriebs sowie Vorrichtungen zur Zündregelung sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Dabei ergibt sich die Not ^¬ wendigkeit einer Zündregelung zum einen dadurch, dass eine vorgebbare maximale Zündspannung nicht überschritten werden darf, um Schäden an einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung zu verhindern. Zum anderen dient eine Zündregelung dazu, dass bei entfernter Entladungslampe die Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Defekten bzw. zur Verhinderung der Gefährdung von Personen, die die Ausgangsanschlüsse AI und A2 berühren könnten, abgeschal ^¬ tet wird. Im Rahmen der Zündregelung wird der Scheitel- wert Us der über dem Shunt-Widerstand R _s abfallenden Spannung U _s ausgewertet.

Die Notwendigkeit der Ermittlung eines Überlastbetriebs ergibt sich dadurch, dass Schaltungsanordnungen mit einer Konstant-Ausgangsstrom-Charakteristik die nachteilige Ei- genschaft aufweisen, Entladungslampen, die aufgrund fertigungsbedingter Verunreinigungen eine zu hohe Brennspan- nung besitzen, mit deutlich überhöhter Systemleistung zu betreiben. Betroffen sind insbesondere Kompakt-Leucht- stofflampen. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kann es zu einer Überhitzung der Entladungslampe und/oder der Schal- tungsanordnung kommen. Dazu wird die Ausgangsleistung P _out im Betrieb der Schaltungsanordnung überwacht. Diese ist bei konstanter Zwischenkreisspannung U _zw linear mit dem

Mittelwert I _s des Stroms I _s durch den Shunt-Widerstand R _s gemäß P _out =I _s x U _zw verknüpft . Die Steuervorrichtung 20 ist ausgelegt im Rahmen der Zündregelung und der Überlastregelung die Frequenz der Ansteuersignale der Schalter Sl und S2 geeignet zu vari ^¬ ieren .

Die Kontrollvorrichtung 10 weist dabei eine Steuervorrichtung 20 auf, die mit der Vorrichtung 14 zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung 18 zur Zündre ^¬ gelung gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung 20 ist ausge ^¬ legt, die Ansteuersignale für den ersten Sl und den zwei ^¬ ten elektronischen Schalter S2 in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Vorrichtung 14 zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Vorrichtung 18 zur Zündregelung zu modifizieren. Dabei wird der Shunt-Widerstand R _s zum Pa- rametrisieren der Überlastregelung und der Spannungsteiler Rl, R2 zum Parametrisieren der Zündregelung verwendet .

Nachteilig an dieser bekannten Schaltungsanordnung ist die Tatsache, dass zur Realisierung der beiden Funktionen - Zündregelung und Überlastregelung - der Kontrollvorrichtung 10 zwei Messsignale zugeführt werden müssen, ge- mäß Fig. 1 die Messsignale MSI und MS2. Dazu sind zwei Messleitungen nötig, wodurch zwei Pins am Gehäuse der Kontrollvorrichtung 10 vorzusehen sind.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine eingangs genannte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, dass eine kostengünstigere Realisierung bei möglichst kleinem Bauraum ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn es gelingt, die Realisierung einer Zündregelung und einer Überlastregelung mit nur einer einzigen Messleitung zu ermöglichen. Unumgänglich ist es dabei - trotz Reduktion auf eine einzige Messleitung - eine Möglichkeit bereitzustellen, so- wohl die Zündregelung als auch die Überlastregelung getrennt voneinander zu parametrisieren . Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass der Eingang der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs und der Eingang der Vorrichtung zur Zündregelung unter Ausbildung eines ge- meinsamen Koppelpunkts miteinander gekoppelt sind. Die Schaltungsanordnung umfasst dabei weiterhin mindestens einen Ohmschen Widerstand, der seriell zwischen den dem Shunt-Widerstand zugeordneten Abgriffspunkt und den ge ^¬ meinsamen Koppelpunkt gekoppelt ist, sowie eine Strom- quelle, die mit dem gemeinsamen Koppelpunkt gekoppelt ist .

Auf diese Weise lässt sich über den Wert des Shunt- Widerstands die Zündregelung parametrisieren und an- schließend, bei dann vorgegebenem Wert des Shunt- Widerstands, die Überlastregelung durch den Wert des Ohm- schen Widerstands. Durch diese Vorgehensweise muss nur ein Pin an der Kontrollvorrichtung zur Zuführung eines einzigen Messsignals vorgesehen werden. Dies resultiert in einer Kostenreduktion sowie in einer Reduktion des benötigten Bauraums.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgelegt, die Stromquelle während der Phase, während der der zweite elektronische Schalter leitend ge ^¬ schaltet ist, zu deaktivieren, und während der Phase, während der der erste elektronische Schalter leitend ge ^¬ schaltet ist, zu aktivieren. Durch diese Vorgehensweise kann während der Phase, während der der zweite elektroni- sehe Schalter leitend geschaltet ist, der Spitzenwert der über dem Shunt-Widerstand abfallenden Spannung ermittelt und zur Zündregelung ausgewertet werden.

Der Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs ist bevorzugt eine Integratorvorrichtung zugeordnet, die dazu dient, einen Mittelwert des Stroms durch den Shunt-Wider ^¬ stand zu bestimmen. Bevorzugt ist die Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs ausgelegt, das Signal am gemeinsamen Koppelpunkt fortwährend, d.h. unabhängig da ^¬ von, ob die Stromquelle aktiviert oder deaktiviert ist, auszuwerten. Nach Mittelwertbildung setzt sich dieses Signal zusammen aus einem Anteil, der dem Mittelwert des Stroms durch den Shunt-Widerstand proportional ist, sowie einem Anteil, der der über dem Ohmschen Widerstand infolge der Aktivierung der Stromquelle abfallenden Spannung proportional ist. Aufgrund dieses zweiten Bestandteils kann die Überlastregelung parametrisiert werden, auch nachdem der Shunt-Widerstand bereits zur Parametrisierung der Zündregelung festgelegt wurde.

Wenngleich die Vorrichtung zum Ermitteln eines Überlastbetriebs, die Vorrichtung zur Zündregelung und die Steu- ervorrichtung separat realisiert sein können, so ist es besonders bevorzugt, wenn diese in einer Kontrollvorrichtung zusammengefasst sind. Eine derartige Kontrollvor ^¬ richtung ist bevorzugt als ASIC (application specific in- tegrated circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) realisiert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel ei ^¬ ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnah- me auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe; Fig. 2 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße

Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe; und

Fig. 3 in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf diverser elektrischer Größen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer nicht dargestellten, zwischen den Ausgangsanschlüssen AI, A2 anschließbaren Entladungslam- pe . Die Bezugs zeichen, die in Zusammenhang mit Fig. 1 eingeführt wurden, werden für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung übernommen, soweit sie gleiche oder ähnliche Bauele ^¬ mente betreffen, und nicht nochmals eingeführt. Die Vorrichtung 18 zur Zündregelung sowie die Vorrichtung 14 zur Ermittlung eines Überlastbetriebs sind eingangs- seitig unter Ausbildung eines Koppelpunkts KP miteinander gekoppelt. Insofern wird nur ein einziges Messsignal MS der Kontrollvorrichtung 10 zugeführt. Mit dem Koppelpunkt KP gekoppelt ist eine Stromquelle Io, wobei zwischen dem Koppelpunkt KP und die Stromquelle Io ein Schalter So ge ^¬ koppelt ist, der von der Steuervorrichtung 20, wie nachfolgend noch genauer ausgeführt wird, angesteuert wird. Zwischen den Koppelpunkt KP und den Abgriffspunkt AP ist ein Ohmscher Widerstand R ₄ gekoppelt; die über dem Ohm- schen Widerstand R ₄ abfallende Spannung ist mit U4 be ^¬ zeichnet. Der Wert des Widerstands R ₄ ist sehr viel grö ^¬ ßer als der Wert des Shunt-Widerstands R _s . In einem be ^¬ vorzugten Ausführungsbeispiel ist der Wert des Shunt- Widerstands ^ 1Ω und der Wert des Ohmschen Widerstands R ₄ > lkQ.

Während der zweite elektronische Schalter S2 leitend ge ^¬ schaltet ist, gilt demnach: U _e =I _s xR _s . Für den Spitzenwert 0 _e der Spannung U _e gilt: Ü _e =I _s xR _s .

Der Spitzenwert 0 _e der Spannung U _e kann zur Zündregelung verwendet werden, wobei die Parametrisierung durch entsprechende Dimensionierung des Shunt-Widerstands R _s er- folgt.

Für die Überlastregelung wird fortwährend der Mittelwert U _e der Spannung U _e ermittelt. Dabei ist zu berücksichti ^¬ gen, dass in der Phase, in der der Schalter S2 sperrt, der Schalter So leitend geschaltet wird. Hinsichtlich des Mittelwerts ergibt sich deshalb:

Ü _e =(I _s xR _s + I ₀ x(t _on /T)xR ₄ ).

Dabei steht t _on für den Zeitraum innerhalb der Perioden ^¬ dauer T, die durch die Frequenz in den Ansteuersignalen der Schalter Sl und S2 definiert ist, während dessen der Schalter So leitend geschaltet ist. Dies zeigt, dass auch nach Festlegung des Shunt-Widerstands R _s zur Parametri ^¬ sierung der Zündregelung durch Dimensionierung des Ohm- schen Widerstands R4 (bzw. der Stromquelle Io) die Über ^¬ lastregelung parametrisierbar ist, obwohl der Kontrollvorrichtung 10 nur ein einziges Messsignal, nämlich das Messsignal MS, zugeführt wird.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf diverser Größen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Kurvenzüge a) und b) zeigen dabei jeweils an, wann die Schalter Sl bzw. S2 ein- bzw. ausgeschaltet sind. Kurvenzug c) gibt die Spannung U _H BM am Halbbrückenmittelpunkt HBM1 wieder. Wie offensichtlich, wird das Bezugspotential während der Phasen, während derer der Schalter S2 eingeschaltet ist, zum Halbbrückenmittelpunkt HBM1 hochgezo ^¬ gen, sodass das Potential U _HBM am Halbbrückenmittelpunkt HBM1 während der Phasen 0 ist, während derer der Schalter S2 eingeschaltet ist. Während der Phasen, während derer der Schalter Sl leitend und der Schalter S2 sperrend geschaltet ist, stellt sich das Potential der Zwischen- kreisspannung U _zw am Halbbrückenmittelpunkt HBM1 ein. Kurvenzug d) zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U _e · Während der Phasen, während der der Schalter S2 ein ^¬ geschaltet ist, weist sie zunächst einen negativen Anteil auf Dieser rührt daher, dass während der Kommutierung ein Anteil des Laststroms zunächst durch eine dem Schalter S2 zugeordnete Freilaufdiode fließt, bevor der Schalter S2 selbst leitend geschaltet wird. Im rein induktiven Be ^¬ trieb mit hohem Blindleistungsanteil ist der negative Be ^¬ reich der Spannung U _e groß, geht aber bei hohem Wirkleis ^¬ tungsanteil zurück. Während der Zündung, unmittelbar vor dem Durchbruch der Gasentladungs strecke der an den Aus- gangsanschlüssen AI, A2 angeschlossenen Entladungslampe, d.h. im Zustand hoher Blindleistung und keiner Wirkleistung, heben sich die negativen und positiven Stromintegrale annähernd auf. Die Spannung U _e verläuft im Bereich der Zündung nahezu dreieckförmig . Während der Phase, wäh- rend der der Schalter Sl leitend geschaltet ist, wird auch der Schalter So leitend geschaltet. Infolge des dann fließenden Stroms Io fällt am Ohmschen Widerstand R4 eine Spannung U4 ab. Die infolge des Stroms Io über dem Shunt- Widerstand R _s abfallende Spannung U _s ist gegenüber der Spannung U4 vernachlässigbar.