Beschreibung

Elektronisches Vorschaltgerät für eine Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Es gibt elektronische Vorschaltgeräte in einer Vielzahl von Komplexitätsstufen. Häufig weisen elektronische Vorschaltgeräte einen MikroController auf. Bei derartigen elektronischen Vorschaltgeräten sind Ausgestaltungen bekannt, die ein Dimmen der Entladungslampe ermöglichen. Die Dimmfunktion wird über eine zweiadrige Steuerleitung sowie ein Dimmpotentiometer gesteuert. Elektronische Vorschaltgeräte können anstelle eines MikroControllers auch einen Steuer-Asic umfassen (Application Specific Integra- ted Circuit, anwendungsspezifischer integrierter Schalt- kreis) . Derartige elektronische Vorschaltgeräte sind weniger komplex. Bisher sind keine elektronischen Vorschaltgeräte für Entladungslampen mit Steuer-Asic bekannt, bei denen das Dimmen der Entladungslampe anders als über eine aufwendige Schaltung mit Dimmpotentiometer gesteuert wird.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen,

das ein Dimmen der Entladungslampe mit einem kompakten und preisgünstigen Aufbau ermöglicht, um so gegebenenfalls Energie sparen zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Vorschaltge- rät für eine Entladungslampe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das elektronische Vorschaltgerät wird über einen einpoligen Anschluss mit einem Schalter verbunden, bei dessen unterschiedlichen Schaltstellungen unterschiedliche Potentiale bestimmt werden, die an einem bestimmten Steuereingang des Steuer-Asics anliegen. Dieser Steuereingang zeichnet sich dadurch aus, dass das an ihm anliegende Potential die Betriebsfrequenz des Steuers-Asics bei der Ansteuerung der Entladungslampe festlegt, also die Betriebsfrequenz, über die die Leistung im Betrieb (nach der Einschaltphase) definiert wird. Es wird also über den Schalter die Betriebsfrequenz des Steuer-Asics festgelegt. Die Betriebsfrequenz selbst wiederum bestimmt die Zufuhr von Energie zur Entladungslampe. Unterschiedliche Betriebsfrequenzen entsprechen unterschiedlichen Abstrahlleistungen der Entladungslampe. Mit anderen Worten ist die Entladungslampe in dem einen Zustand gegenüber dem anderen Zustand gedimmt .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform schaltet der Schalter einen Netzanschluss (bevorzugt eine einadrige Leitung) zu oder ab, der mit dem Steuereingang des Steuer- Asics gekoppelt ist. Der Schalter arbeitet also binär. Diese Ausführungsform ist wegen ihrer Einfachheit beson- ders preisgünstig und kompakt bereitzustellen. Dieser As-

pekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Vorteil des Dimmens, dass Energie eingespart wird, auch dann erzielt wird, wenn es nur eine einzige Dimmleistungsstufe gibt. Beispielsweise kann im gedimmten Zu- stand 50 % der Lichtenergie abgestrahlt werden von der Lichtleistung im nicht gedimmten Zustand.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das elektronische Vorschaltgerät einen Transistor, dessen Steuereingang über den Schalter mit dem Netzanschluss verbindbar ist. Die binäre Ausführung wird somit einfach mit einem Transistor umgesetzt, also einem besonders einfach verfügbaren und preisgünstigen Bauteil. Durch den Transistor kann dann eine Schaltung beeinflusst werden, die das Potential an dem Steuereingang des Steuer-Asics bestimmt.

Eine besonders preisgünstige auszuführende Gestaltung der Schaltung ist eine solche, bei der der Transistor einen Widerstand von dem Steuereingang des Steuer-Asics zu Masse zuschaltet, insbesondere zu einem anderen Widerstand parallel. Ein Strom oder Potential in der Schaltung än- dert sich durch den Widerstand und wird eben dem Steuereingang des Steuer-Asics zugeführt.

Entladungslampen werden üblicherweise mit einer Frequenz von um 110 kHz vorgeheizt, mit einer Frequenz um 75 kHz gezündet und dann bei einer Frequenz von zwischen 40 und 50 kHz betrieben, wenn Vollleistung abgestrahlt werden soll. Zum Dimmen verwendet man in der Regel eine Frequenz, die zwischen der Vorheiz- und der Zündfrequenz liegt, z. B. 85 kHz. Es kann bei einem Steuer-Asic der bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät verwendeten Art dazu kommen, dass wenn der Netzanschluss

die Betriebsfrequenz auf 85 kHz festlegt, nach dem Vorheizen die Zündfrequenz von 75 kHz nicht erreicht wird, sondern die Frequenz bei ihrem Herunterlaufen von 110 kHz bei den 85 kHz stehen bleibt. Um dies zu vermeiden, kann man einen Anschluss des Steuer-Asics verwenden, den man einerseits als Eingang, andererseits als Ausgang ansehen kann, welcher in der Einschaltphase der Entladungslampe auf einem anderen Potential liegt als nach der Einschaltphase. Insbesondere kann auch ein Ausgang verwendet wer- den, der zur Ansteuerung eines Vorheiztransformators dient. Dieser Anschluss des Steuer-Asics wird mit dem Steuereingang eines Transistors gekoppelt, und dessen Drain-Ausgang wird dann mit dem Steuereingang des erste- ren Transistors gekoppelt. In der Einschaltphase wird da- her der weitere Transistor geschaltet, und das Potential am Steuereingang des ersteren Transistors bleibt auf Null, so dass in der Einschaltphase die Situation verlängert wird, dass der Netzanschluss abgeschaltet ist. Nach Beendigung der Einschaltphase wird das Schalten des wei- teren Transistors beendet, es kann sich das Netzpotential an dem Steuereingang des ersteren Transistors ausbilden, und ein entsprechendes Potential liegt dann an dem Steuereingang des Steuer-Asics an, über den die Betriebsfrequenz des Steuer-Asics (nach der Einschaltphase) festge- legt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass die Entladungslampe, wenn sie nach dem Einschalten sogleich ge- dimmt sein soll, zuverlässig eingeschaltet, also vorgeheizt und gezündet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt einen Schaltplan desjenigen Teils der Bauteile des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts, der zur Er- läuterung der Erfindung wesentlich ist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts wird der Steuer-Asic ICB1FL02G der Firma Infineon verwendet, um Entladungslampen anzusteuern. Das Steuer-Asic verfügt über einen Ein- gang „RFRUN", der zur Festlegung der Betriebsfrequenz des Steuer-Asics dient, also derjenigen Frequenz, mit der die Entladungslampe beaufschlagt wird, insbesondere nachdem die Entladungslampe eine Einschaltphase mit Vorheizung und Zündung durchlaufen hat. Die Festlegung der Betriebs- frequenz erfolgt über das „RFRUN" anliegende Potential bzw. den Strom, der sich durch den angeschlossenen Widerstand ergibt. Diese Spannung fällt an einem Widerstand R5 mit 11 kω ab. Zu dem Widerstand R5 parallel geschaltet ist ein Widerstand R4 mit 13 kω in Serie mit einem Tran- sistor Ql. über den Transistor Ql kann der Widerstand R4 parallel zugeschaltet und abgeschaltet werden. über den Transistor Ql kann somit das Potential am Steuereingang „RFRUN" beeinflusst werden. Es wird nun mit dem elektronischen Vorschaltgerät ein einfacher Schalter (z. B. Kippschalter) verbunden, über den der Transistor Ql mit einem Steuerpotential beaufschlagbar ist. Dieser Schalter ist in der Figur nicht gezeigt. Er verbindet einen Eingang L2 der Schaltanordnung des elektronischen Vorschalt-

geräts mit einem Netzpotential. über einen Widerstand R2 von 1 Mω und einer Diode Dl sowie einen Widerstand R3 von 10 kω ist der Eingang L2 mit dem Steuereingang des Transistors Ql verbunden. Zwischen Widerstand R2 und Diode Dl kann eine Zenerdiode D2 in Sperrrichtung zu Masse geschaltet werden, um Störimpulse aus dem Netz abzuleiten. Zwischen Diode Dl und Widerstand R3 sind parallel zueinander einerseits ein Widerstand Rl von 20 kω und eine Kapazität Cl von 1 Mω zu Masse geschaltet.

Liegt an L2 kein Netzpotential an, so sperrt der Transistor Ql, und die zwischen RFRUN und GND anliegende Spannung wird allein durch R5 bestimmt. Bei Ausstattung des elektronischen Vorschaltgeräts mit Bauteilen mit den in der Figur dargestellten Kenngrößen durchläuft nach dem Einschalten des elektronischen Vorschaltgeräts dieses zunächst eine Vorheizphase, bei der die Entladungslampe mit einer Frequenz von 110 kHz beaufschlagt wird. Bei einem Soll von minimal 3,3 J und höchstens 5,7 J wird tatsächlich eine Vorheizenergie bei einer Vorheizzeit von 1 s erreicht, die 3,8 J beträgt. Nach dem Vorheizen läuft die Frequenz auf 75 kHz herunter, und es wird eine Zündung eingeleitet. Die Zündzeit beträgt 22 ms und die Zündspannung 900 Vrms . Dann wird der eigentliche Betrieb eingeleitet, und zwar arbeitet das Steuer-Asic mit einer Be- triebsfrequenz von 43 kHz, um eine maximale Lichtleistung abzugeben. Die Netzleistung beträgt hierbei 60,7 W, die Lampenspannung 122 V, der Lampenstrom 457 mA und die Lampenleistung 55,6 W. Bei Verlusten von 5,1 W erhält man einen Wirkungsgrad von 92 %.

Wird nun der in der Figur nicht gezeigte Schalter eingeschaltet, so dass die Netzspannung an dem Eingang L2 an-

liegt, schaltet der Transistor Ql durch, und die zwischen dem Eingang RFRUN und GND anliegende Spannung wird durch die Parallelschaltung von R5 und R4 bestimmt. In diesem Falle steigt die Betriebsfrequenz wieder auf 85 kHz, um ungefähr die Hälfte der maximalen Leistung abzugeben. Die Netzleistung beträgt 36,5 W, die Lampenspannung 167 V, der Lampenstrom 177 mA und die Lampenleistung 29,4 W. Bei Verlusten von 7,1 W erhält man ein Wirkungsgrad von 81 %. Es ist nun in der Schaltanordnung des elektronischen Vor- schaltgeräts auch eine Zusatzschaltung vorgesehen, durch die der Einschaltvorgang ermöglicht wird, wenn vor dem Einschalten die Netzspannung an dem Eingang L2 anliegt. Wie oben beschrieben bewirkt das Netzpotential am Eingang L2, dass sich die Betriebsfrequenz auf 85 kHz einstellt. Nach der Vorheizung mit 110 kHz würde die Frequenz somit nicht auf die Zündfrequenz von 75 kHz herunterlaufen können. Es ist eine Schaltung vorgesehen, die das Durchschalten des Transistors Ql bis zu einem Zeitpunkt nach Beendigung der Einschaltphase, also der Vorheizung und der Zündung, verzögert. Hierzu ist ein MOSFET Ml vorgesehen, dessen Drain-Ausgang mit einem Punkt zwischen der Diode Dl und dem Widerstand R3 gekoppelt ist. Der Gate- Eingang des MOSFETs ist über einen Widerstand R8 von 2,2 M mit einem Spannungsausgang VCC des Steuer-Asics verbun- den. Der Steuereingang des MOSFETs Ml ist über einen Kondensator C2 mit einer Kapazität von 10 nF mit dem An- schluss GND verbunden, und zusätzlich ist der Steuereingang des MOSFETs über einen Widerstand R7 von 100 kω mit einem Anschluss „RFPH" des Steuer-Asics verbunden, der seinerseits über einen Widerstand R6 von 11 kω mit dem Anschluss ,,GND" verbunden ist. Der Anschluss GND ist zusätzlich mit dem Source-Anschluss des MOSFETS Ml gekop-

pelt. Der Anschluss „RFPH" des Steuer-Asics ist ein An- schluss, an dem ein vorbestimmtes Potential während der Einschaltphase, also des Vorheizens und des Zündens, anliegt, das sich nach der Einschaltphase ändert. Die Schaltungsanordnung ist dergestalt, dass der MOSFET Ml während der Einschaltphase durchgeschaltet ist, so dass der Punkt zwischen Dl und R3 auf Masse liegt. Nach Beendigung der Einschaltphase wird das Durchschalten des MOS- FETs Ml beendet, und es kann sich an dem Punkt zwischen Dl und R3 das durch den Eingang L2 bestimmte Potential einstellen. Liegt an dem Eingang L2 beim Einschalten der Entladungslampe bereits das Netzpotential an, wird somit wunschgemäß zunächst die Vorheizung mit einer Frequenz von 110 kHz durchlaufen, dann die Zündung mit einer Fre- quenz von 75 kHz, und anschließend steigt die Betriebsfrequenz wieder auf 85 kHz, um den Dimmbetrieb zu erreichen .

Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät wird lediglich zwischen zwei Betriebszuständen unter- schieden, nämlich dem Abgaben einer vollen Leistung mit einer Betriebsfrequenz von 43 kHz und dem Abgeben einer 50 %igen Leistung bei einer Betriebsfrequenz von 85 kHz. Zwischen diesen Zuständen wird durch Betätigen des Schalters gewechselt, der das Anlegen des Netzpotentials an dem Eingang L2 bewirkt oder beendet. Die Schaltanordnung ist besonders einfach gestaltet und unaufwendig. Anders als bei komplexer aufgebauten elektronischen Vorschaltge- räten kann nicht eine beliebige Dimmleistung eingestellt werden. Dadurch, dass aber zwischen einer Abstrahlung ma- ximaler Energie und einer Abstrahlung von 50 % der Energie gewechselt werden kann, ist ein Energiesparmodus be-

reitgestellt, und dies genügt für die meisten Energiesparzwecke .

Ebenso wird die Installation in einer Leuchte vereinfacht. Konventionelle Dimm-Vorschaltgeräte werden über eine eigene 2-adrige Steuerleitung und ein Dimmpotentiometer angeschlossen. Beim erfindungsgemässen elektronischen Vorschaltgerät muss nur eine zusätzliche Ader des Netzkabels angeschlossen werden. Diese wird über einen Netzschalter (Kippschalter) mit einer beliebigen Netzpha- se oder dem Nullleiter verbunden. Wenn der Dimmeingang L2 nicht angeschlossen ist, wird immer maximale Leistung abgegeben .