SCHALTUNG ZUM BEHEIZEN UND üBERWACHEN DER HEIZWENDELN

MINDESTENS EINER MIT EINEM EVG BETRIEBENEN GASENTLADUNGSLAMPE SOWIE BELEUCHTUNGSSYSTEM

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Beheizen und überwachen der Heizwendeln einer mit einem EVG betriebenen Gasentladungslampe sowie ein Beleuchtungssystem mit einem Betriebsgerät, das eine derartige Schaltung aufweist.

Diese Schaltung ist Gegenstand des Anspruches 1. Weiterbildende Merkmale finden sich in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Heizschaltung für mindestens eine mit einem elektronischen Vorschaltgerät betriebene Gasentladungslampe. Die Heizschaltung ist Gegenstand des unabhängigen Anspruches 7 und durch die Merkmale der von Anspruch 7 abhängigen Ansprüche weitergebildet .

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen, aufweisend eine Schaltung der oben genannten Art.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Leuchte, aufweisend ein derartiges Betriebsgerät sowie wenigstens eine Gasentladungslampe.

Schliesslich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Beleuchtungssystem, aufweisend eine oder mehrere derartige

Leuchten, die vorzugsweise über einen Bus miteinander und/oder mit einer zentralen Steuereinheit verbunden sind. Das Beleuchtungssystem kann auch andere Leuchtmittel, wie bspw. HID-Lampen, LEDs oder OLEDs aufweisen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild des hier verwendeten elektronischen Vorschaltgerätes zum

Betreiben von zwei Gasentladungslampen, und

Fig. 2 eine Heizschaltung für zwei Gasentladungslampen.

Das in Fig. 1 gezeigte Vorschaltgerät V dient zum Betrieb von zwei Gasentladungslampen Ll, L2 mit je zwei Heizwendeln WIa, WIb, W2a, W2b.

Zur Erzeugung der Betriebsspannung für die Lampen Ll, L2 wird von einem Gleichrichter 1 die Netzspannung gleichgerichtet und in einer Glättungsschaltung geglättet.

Ein Wechselrichter 3 erzeugt daraus eine Wechselspannung, die einem Serienresonanzkreis 4 zugeführt wird. Die über dem Kondensator des Serienresonanzkreises 4 abfallende Spannung wird den Lampen Ll, L2 als Betriebsspannung zugeführt .

Ein mit einem Bus verbundener Programmgeber 14 legt den Start einer Vorheizphase für die Lampen Ll, L2 fest. Er gibt dazu an den Block 8 ein Startsignal. Der Block 8 erzeugt die Heizleistung bzw. den Wendelstrom für die Wendeln Wl und W2 der Lampe L. Die Heizleistung bzw. der Wendelstrom werden während der Vorheizphase konstant

gehalten. Die Heizleistung bzw. der Wendelstrom werden der Lampe Ll, L2 über einen Block 6 geführt, der Mittel zum Begrenzen der Wendelspannung enthält. Eine Begrenzung der Wendelspannung ist erforderlich, um bspw. eine Querentladung zwischen den einzelnen Abschnitten der Heizwendeln zu vermeiden. Der durch die "kalten" Wendeln WIb, W2b fließende Wendelstrom erzeugt an dem gemeinsamen Widerstand R5 einen Spannungsabfall, der Wendelstrom-Messmitteln 7 geführt wird. An zwei Spannungsteilern R1/R2 und R3/R4 werden ferner

Spannungen abgenommen, die ein Maß für die Wendelspannung an der jeweiligen "kalten" Wendel WIb, W2b ist. Diese wird den Wendelspannungs-Messmitteln 9 zugeführt.

Die von den Wendelstrom-Messmitteln 7 und den Wendelspannungs-Messmitteln 9 laufend gemessenen Messwerte werden einem Speicher 15 zugeführt. Der Speicher 15 ist von dem Programmgeber 14 gesteuert, und zwar so, dass die Messwerte für den Wendelstrom und die Wendelspannung zu zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten während der Vorheizphase gespeichert werden. Die gespeicherten Messwerte für den Wendelstrom und die Wendelspannung werden von dem Speicher 15 aus einem Quotientenbildner 10 zugeführt, der daraus den Kaltwiderstände und die Heißwiderstände der Wendeln WlB, W2b berechnet. Diese Werte werden von dem Quotientenbildner 10 an den Differenzwertbildner 11 weitergeleitet, der daraus die Differenzwiderstände errechnet.

Der Differenzwertbildner 11 führt die Differenzwiderstände einer Entscheidungslogik 13 zu, die ihrerseits mit einem Speicher 12 korrespondiert, indem eine Tabelle für Referenz-Differenzwiderstände abgelegt ist. Die

Entscheidungslogik 13 vergleicht die in dem Block 11 berechneten Differenzwiderstände mit den Referenzwerten in der im Speicher 12 gespeicherten Tabelle und bestimmt den Typ der von dem Vorschaltgerät V betriebenen Lampen Ll, L2. Die ermittelten Lampentypen werden von der Entscheidungslogik 13 an die

Betriebsparameter-Einstellmittel 5 gemeldet, die neben anderen Betriebsparametern unter anderem den Heizstrom bzw. die Heizleistung neu einstellen, falls die Lampn Ll, L2 von einem anderen Typ ist als die zuvor mit dem Vorschaltgerät V betriebene Lampen. Weitere Betriebsparameter können die Vorheizzeit, die Zündspannung, die Lampenbrennspannung, der Lampenstrom oder auch Parameter für Fehlerabschaltungen sein. Es können aber auch Betriebsparameter für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung wie beispielsweise die Busspannung oder die Dynamik der Regelschleife eingestellt werden.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die einzelnen Blöcke in Fig. 1 nicht notwendigerweise durch Hardware realisiert sein müssen. Vielmehr ist es auch möglich, dass die Funktion einiger Blöcke durch eine entsprechende Software in einem Prozessor realisiert wird. Die Blockdarstellung in Fig. 1 soll lediglich dem besseren Verständnis dienen.

Die in Fig. 2 gezeigte Heizschaltung wurde speziell für den Betrieb mit zwei Gasentladungslampen Ll, L2 entworfen. Sie entspricht etwa dem Block 8 in Fig. 1. Es handelt sich hierbei um eine Heizschaltung, die - ausgehend von einer DC-Versorgungsspannung (z.B. Vbus) mittels eines DC-DC- Konverters die Wendeln einer Gasentladungslampe

vorbeheizt, wobei anhand der Heizparameter der Lampentyp bzw. bestimmte Betriebsparameter bestimmt werden können. Die Schaltung arbeitet mit einem Flyback-Konverter, bestehend aus der Primärwicklung Tl eines Heiztransformators T, einem getakteten Schalter S und einem Widerstand R4. Diese drei Elemente sind in Serie geschaltet. Das "heiße" Ende der Primärwicklung Tl liegt an einer von einem Bus gelieferten Bus-Spannung U _B us _/ während das kalte Ende des Widerstandes R4 an Masse liegt. Der Schalter S wird von einer Steuerschaltung H getaktet. Letztere korrespondiert mit einem Mikroprozessor P. Der Mikroprozessor P erhält Steuerbefehle von einem Bus.

Der Heiztransformator T weist drei Sekundärwicklungen T2, T3 und T4 auf. Jede der Sekundärwicklungen ist mit einer

Gleichrichterschaltung verbunden. Die

Gleichrichterschaltung für die Sekundärwicklung T2 besteht aus einer Diode Bl und einem Kondensator Cl. Die

Gleichrichterschaltung für die Sekundärwicklung T3 besteht aus einer Diode D3 und einem Kondensator C3. Die

Gleichrichterschaltung für die Sekundärwicklung T4 besteht aus einer Diode D4 und einem Kondensator C4.

Der Flyback-Konverter erzeugt aus der vom Bus gelieferten Gleichspannung eine Wechselspannung, die durch die genannten Gleichrichterschaltungen gleichgerichtet wird.

Die Kondensatoren Cl, C3 und C4 dienen zum Glätten der dadurch erzeugten pulsierenden Gleichspannung. Die Höhe der Gleichspannung kann durch Variation des Taktverhältnisses und/oder der Taktfrequenz des Schalters beeinflusst werden.

Die von den Gleichrichterschaltungen an den Sekundärwicklungen T3 und T4 ausgekoppelten Gleichspannungen dienen zum Beheizen der "heißen" Wendeln WIa und W2a der beiden Lampen Ll und L2. Die "kalten" Wendeln WIb und W2b werden gemeinsam von der Sekundärwicklung T2 gespeist. Dazu ist zu der Gleichrichterschaltung, bestehend aus der Diode Dl und dem Kondensator Cl, eine weitere Gleichrichterschaltung parallel geschaltet, die aus einer Diode D2 und einem Kondensator C2 besteht. über beiden Gleichrichterschaltungen Dl/Cl und D2/C2 liegt je ein Spannungsteiler. Der eine Spannungsteiler besteht aus den Widerständen Rl und R2. Der zweite Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R4 und R5. Von den Knotenpunkten der beiden Spannungsteiler werden Messsignale ausgekoppelt und der Steuerschaltung H zugeführt. Die Messsignale sind ein Maß für die Wendelspannung an den beiden "kalten" Wendeln WIb und W2b. Die Ströme durch die beiden letztgenannten Wendeln fließen gemeinsam über einen Messwiderstand R3. Sie verursachen an diesem einen Spannungsabfall, der als Messsignal an den Mikroprozessor P weitergeleitet wird und ein Maß für den Summenstrom ist.

Es ist auch möglich, die Widerstände R4 und R5 hinter den Messwiderstand R3 zu verlegen, wie dies in gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Widerstände sind hier mit R4 ' und R5 ' bezeichnet.

Die Steuerschaltung H und der Mikroprozessor P bilden zusammen aus den Messsignalen für die Wendelspannungen und aus dem Messsignal für den Summenstrom den Wendelwiderstand. Der Wendelwiderstand zu Beginn einer

Vorheizphase wird als Kaltwiderstand gespeichert. Der Wendelwiderstand nach einer bestimmten Zeit innerhalb der Vorheizphase wird als Heißwiderstand gespeichert. Aus dem Heißwiderstand und aus dem Kaltwiderstand wird die Widerstandsdifferenz gebildet und mit Werten einer Referenztabelle verglichen, um den Typ der beiden Lampen Ll und L2 zu bestimmen.

Es ist zu bemerken, dass die Versorgung der "kalten" Wendeln WIb und W2b durch eine einzige Sekundärwicklung T2 eine bedeutende Vereinfachung der Schaltung mit sich bringt. Wenn mit der Heizschaltung mehr als zwei Lampen betrieben werden sollen, so kann das System beibehalten werden, dass die "kalten" Wendeln von nur einer Sekundärwicklung gespeist werden. Allerdings muss für jede weitere "kalte" Wendel ein eigenständiger Gleichrichter vorgesehen werden.

Die Schaltung zeichnet sich dadurch aus, dass an sie hohe Anforderungen bezüglich Kopplungsfaktor und

Spannungsfestigkeit gestellt werden können, ohne Nachteil bezüglich möglicher Messungen und damit gewonnener

Informationen. Durch die Messung des Summenstromes der

"kalten" Wendeln und die Messung beider Wendelspannungen ist es möglich, den Widerstand der beiden parallel geschalteten Wendeln zu bestimmen.

Weiterhin kann ein Wendelbruch wie folgt ermittelt werden. Es sei angenommen, dass die Wendel WIb gebrochen ist. Wenn der Konverter eingeschaltet und danach wieder ausgeschaltet wird, und nach dem Ausschalten die Wandelspannungen gemessen werden, so zeigt sich folgendes. Die Spannung am Spannungsteiler R1/R2 bleibt lange

erhalten, da eine Zeitkonstante gilt, die sich aus dem Produkt von (Rl + R2) x Cl ergibt. Die Spannung an dem Spannungsteiler R4/R5 klingt dagegen schnell ab, weil hier die Zeitkonstante Rhot x C2 gilt. Rhot ist wesentlich größer als (Rl + R2) .

Wenn die Heizwendel-Prüfung den Bruch einer der Heizwendeln WIb, W2b ergibt, so wird der Wendelwiderstand der nicht gebrochenen Heizwendel durch die in Figur 1 gezeigten Mittel 10 zur Berechnung des Wendelwiderstands durch Qotientenbildung um die Hälfte reduziert, so dass durch den gemeinsamen Widerstand R5 wieder der gleiche Strom fließt. Dies gilt ganz allgemein auch für mehr als zwei auf Wendelbruch überwachte Heizwendeln. In diesem Fall erfolgt eine entsprechend anteilige Reduzierung der Wendelwiderstände der nicht gebrochenen überwachten Heizwendeln.