Be s ehre ibung

Elektronisches Vorschaltgerät und Verfahren zum Ansteuern mindestens einer Lichtquelle

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Ansteuern mindestens einer Lichtquel- Ie, wobei das elektronische Vorschaltgerät einen Eingang zum Anschließen einer Versorgungsspannung aufweist, einen Ausgang zum Anschließen der mindestens einen Lichtquelle, einen Oszillator, der ausgelegt ist, an seinem Ausgang ein Oszillatorausgangssignal mit einer ersten Frequenz fosc bereitzustellen, wobei der Oszillator einen Kalib ^¬ riereingang aufweist, um die erste Frequenz f _osc zu verändern; und einen MikroController zum Bereitstellen eines Ansteuersignals mit zumindest einem Spektralanteil bei einer zweiten Frequenz f _signal für die mindestens eine Lichtquelle, wobei der MikroController mit dem Oszilla ^¬ torausgang gekoppelt und ausgelegt ist, die zweite Fre ^¬ quenz f _sig nai in Abhängigkeit der ersten Frequenz f _osc zu erzeugen. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Ansteu ^¬ ern mindestens einer Lichtquelle mittels eines entspre- chenden elektronischen Vorschaltgeräts .

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Prob ^¬ lematik der Erzeugung eines periodischen Signals, zum Beispiel eines PWM (= Pulsweitenmodulation) -Signals mit einer möglichst hohen Frequenz f _sign ai und möglichst hoher Frequenzauflösung mittels eines MikroControllers unter

Verwendung einer möglichst geringen Frequenz f _O sc eines mit dem MikroController gekoppelten Oszillators.

Im Bereich der Lichttechnik tritt dieses Problem beispielsweise bei der Zündung einer Entladungslampe auf. Zur Zündung der Entladungslampe wird nämlich eine hohe Spannung benötigt, die durch Resonanz erzeugt wird. Bei einem gängigen und kostengünstigen Verfahren wird dazu die Resonanzfrequenz oder eine harmonische Frequenz der Resonanzfrequenz eines Resonanzkreises angeregt. Um alle Toleranzen des Resonanzkreises abzudecken, wird die Fre ^¬ quenz variiert, d. h. gesweept. Um das toleranzbehaftete Maximum mit möglichst geringem maximalem Fehler zu treffen, muss die Auflösung der Frequenzschritte entsprechend hoch sein. Bei einer anderen Anwendung wird die Schalt- frequenz des Lampenstroms variiert, um Resonanzeffekte in der Lampe zu vermeiden. Bei einer weiteren Anwendung wird die Schaltfrequenz in einer elektronischen Schaltung variiert, um die elektromagnetische Störaussendung breit- bandiger zu machen als bei fixer Schaltfrequenz.

Zeitabhängige periodische Signale werden häufig mittels eines MikroControllers erzeugt. Dabei wird der Mikrocont- roller häufig von einem Oszillator mit einer festen Frequenz fosc getaktet. Durch interne Zähler, beispielsweise so genannte PWM-Einheiten, können daraus periodische Sig- nale mit einer einstellbaren Fequenz f _signa i beziehungsweise einer einstellbaren On- und Off-Zeit erzeugt und vom MikroController ausgegeben werden. Im Stand der Technik wird die relative Frequenzauflösung des zu erzeugenden periodischen Signals umso geringer, je höher die Frequenz fsignai eines zu generierenden Signals bei fester zur Ver ^¬ fügung stehender Oszillatorfrequenz f _O sc ist.

Ein Beispiel soll dies verdeutlichen: Die Oszillatorfre ^¬ quenz fosc betrage 10 MHz, d. h. eine Periodendauer be ^¬ trägt 100 ns . Bei einem zu generierenden Signal mit der Frequenz f _signa i = 10 kHz umfasst eine Periodendauer 100 μs . Demnach umfasst eine Periodendauer 1000 Ticks des Taktes der Oszillatorfrequenz. Die relative Frequenzauf ^¬ lösung beträgt damit 1/1000 = 0,1 %. Soll jedoch ein Sig ^¬ nal mit einer Frequenz f _signa i von 1 MHz erzeugt werden, beträgt die Periodendauer 1 μs und demnach nur noch 10 Ticks des durch die Oszillatorfrequenz f _O sc vorgegebe ^¬ nen Taktes. Damit sinkt die relative Frequenzauflösung auf 1/10 = 10 %. Im Stand der Technik ist demnach die re ^¬ lative Auflösung proportional zum Verhältnis von fosc/fsignai • Je geringer dieses Verhältnis ist, desto ge- ringer ist die relative Frequenzauflösung im zu erzeugenden Signal.

Im Stand der Technik wird deshalb ein Oszillator mit einer Frequenz f _O sc gewählt, dessen Auflösung l/f _O sc fein ge ^¬ nug ist, um die benötigte Auflösung für das Signal mit der Frequenz f _signa i zu erzeugen. Soll zum Beispiel ein Signal mit f _signa i gleich 100 kHz und einer Auflösung von 1 %, d. h. die Frequenz ist in 1 %-Schritten einstellbar, zur Verfügung gestellt werden, so wird im Stand der Technik ein Oszillator mit einer Oszillatorfrequenz von 100 kHz/1 % = 10 MHz gewählt.

Häufig wird der in einem MikroController standardmäßig bereits vorgesehene Oszillator mit der Frequenz f _O sc ver ^¬ wendet, um durch den MikroController ein Signal mit der Frequenz f _signa i zu erzeugen. Dementsprechend wird bei der Auswahl des MikroControllers auf den integrierten Oszillator abgestellt. Zur Bereitstellung von Signalen mit ei-

ner hohen Frequenz f _sign ai am Ausgang des MikroControllers und noch dazu mit hoher Auflösung, ist deshalb häufig das Ausweichen auf gut ausgestattete und damit teure Mikro- controller nötig.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, über den Kalib ^¬ riereingang eines Oszillators die Frequenz f _O sc des Sig ^¬ nals, das der Oszillator zur Verfügung stellt, einzustel ^¬ len. Dies wird einmalig und vor Inbetriebnahme eines da ^¬ mit versehenen elektronischen Vorschaltgeräts ausgeführt und dient dazu dafür zu sorgen, dass unterschiedliche e- lektronische Vorschaltgeräte an ihrem Ausgang vergleich ^¬ bare Signale für die daran anzuschließenden Lichtquellen bereitstellen.

Aus der DE 43 01 184 Al ist ein Steuergerät für wenigs- tens eine Entladungslampe bekannt, das einen an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Wechselrichter zum niederfrequenten ändern der Stromflussrichtung durch die Entladungslampe und einen Stromsteller, der an einen Stromsensor angeschlossen ist, aufweist. Der Oszillator für die Hochfrequenz ist durch ein Steuersignal in seiner Hochfrequenz im Betrieb veränderbar, wobei dadurch der durch eine Induktivität und die Entladungslampe fließende Strom ein- und ausgeschaltet und durch Regelung der Impulsbreite der resultierende Strom konstant gehalten wer- den kann. Durch die Veränderung der Hochfrequenz des Oszillators können dabei aufgrund von Resonanzerscheinungen auftretende Instabilitäten vermieden werden. Bei dem Oszillator handelt es sich um einen üblichen VCO (Voltage Controlled Oscillator) , bei dem die von ihm ausgegebene Frequenz durch Variation der an seinem Steuereingang angelegten Spannung geändert werden kann. Neben dem Steuer-

eingang verfügt ein VCO über einen Kalibriereingang, mit dem die Abhängigkeit zwischen angelegter Spannung und ausgegebener Frequenz eingestellt werden kann. Mit einem derartigen Steuergerät ergeben sich die eingangs geschil- derten Probleme.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes elektronisches Vor- schaltgerät beziehungsweise ein eingangs genanntes Ver ^¬ fahren derart weiterzubilden, dass unter Verwendung eines gegebenen Oszillators mit einer Oszillatorfrequenz f _O sc durch den damit gekoppelten MikroController ein Signal mit einer möglichst hohen Frequenz f _signal und/oder einer möglichst hohen Frequenzauflösung erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vor- schaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 11.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Lösung der oben bezeichneten Aufgabe in optima- ler Weise der Kalibriereingang des Oszillators genutzt werden kann, wenn dieser im laufenden Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend angesteuert wird. Erfindungsgemäß weist demnach das elektronische Vor- schaltgerät weiterhin eine Ansteuerschaltung auf, die mit dem Kalibriereingang gekoppelt ist, wobei die Ansteuerschaltung ausgelegt ist, die erste Frequenz f _O sc im lau ^¬ fenden Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts über den Kalibriereingang zu variieren.

Damit wird die Frequenz f _signa i des vom MikroController er- zeugten periodischen Signals im laufenden Betrieb einge-

stellt, verändert oder feinjustiert durch änderung, d. h. Umkalibrierung, der Frequenz f _O sc des Oszillators im lau ^¬ fenden Betrieb. Die dadurch erzielbare Auflösung bei der Einstellung der Frequenz f _signa i von periodischen Signalen ist insbesondere unabhängig vom Verhältnis der Frequenz fosc des Oszillators zur Frequenz f _sign ai des vom Mikrocont- roller zu erzeugenden Signals. Sie ist nunmehr nur noch davon abhängig, mit welcher Auflösung die Frequenz f _O sc des Oszillators selbst verändert werden kann.

Soll beispielsweise ein Signal mit einer Frequenz f _sign ai = 100 kHz und einer Auflösung von 1 % erzeugt werden, wie im Beispiel oben, so kann im Extremfall ein Oszillator mit einer Frequenz f _Osc von 100 kHz gewählt werden, wenn der Oszillator im laufenden Betrieb in 1 %-Schritten ka- librierbar ist. Damit ergeben sich deutlich geringere Anforderungen an die Frequenz f _0Sc des Oszillators als beim Stand der Technik.

Durch die Verwendung eines Oszillators mit niedriger zur Verfügung zu stellender Frequenz f _O sc können zur Realisie- rung desselben Ergebnisses wie im Stand der Technik Kos ^¬ ten gespart werden. Insbesondere kann auf einen Mikro- controller mit reduzierten Fähigkeiten zur Generierung von zeitabhängigen Signalen zurückgegriffen werden, da beispielsweise keine interne PLL (Phase Locked Loop) zur Erzeugung einer hohen Zwischenfrequenz erforderlich ist und die Auflösung von internen Timerfunktionen niedriger sein kann. Damit lässt sich eine Kostenersparnis von 20 bis 40 % beim MikroController realisieren. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung für viele Anwendun- gen die Verwendung des internen RC-Oszillators eines Mik- rocontrollers anstelle eines externen Oszillators, der

beim Stand der Technik erforderlich sein kann, um höhere Oszillatorfrequenzen f _O sc als die mit dem internen RC- Oszillator möglichen bereitzustellen.

Nichtsdestotrotz kann die vorliegende Erfindung mit dem internen Oszillator eines MikroControllers oder mit einem externen Oszillator eines MikroControllers realisiert werden .

Durch die vorliegende Erfindung kann überdies die Strom ^¬ aufnahme des Oszillators reduziert werden, da diese in aller Regel mit der Frequenz f _O sc steigt.

Die Toleranz der Frequenz eines kalibrierbaren Oszillators ist in der Regel höher als die eines Oszillators, d. h. Quarzes oder Resonators, mit fester Frequenz. Daher ist die vorliegende Erfindung insbesondere dann vorteil- haft anwendbar, wenn der genaue absolute Wert einer eingestellten Frequenz f _signal die entsprechende Toleranz haben darf, jedoch sichergestellt sein muss, dass von einem zu erzeugenden zeitabhängigen Signal ein bestimmter Frequenzbereich mit einer bestimmten Auflösung überstrichen wird (wie dies in den eingangs genannten Anwendungsbei ^¬ spielen der Fall ist) .

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Oszillator derart mit dem MikroController gekoppelt, dass er den MikroController taktet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der MikroController eine Timervorrichtung, insbesondere eine Pulsweitenmodulationsvorrichtung, um- fasst, die ausgelegt ist, das Ansteuersignal bereitzu ^¬ stellen, wobei der Oszillator derart mit dem Mikrocont- roller gekoppelt ist, dass er die Timervorrichtung tak- tet . Dabei kann beispielsweise der Output Compare-Wert

oder der Prescaler-Wert der Timervorrichtung geändert werden .

Bevorzugt umfasst das elektronische Vorschaltgerät ein Kalibrationsregister, das mit dem Oszillator gekoppelt ist. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn im Kalibrati ^¬ onsregister ein vorgebbarer Wert einstellbar ist, wobei das Kalibrationsregister für eine änderung des vorgebbaren Werts im laufenden Betrieb des elektronischen Vor- schaltgeräts ausgelegt ist. Dadurch kann auf besonders einfache Weise die Frequenz f _O sc und damit die Frequenz fsignai geändert werden.

Bevorzugt ist der vorgebbare Wert in Schritten von 0,5 % bis 10 % änderbar. Damit lässt sich eine in den meisten Anwendungen ausreichend feine Frequenzauflösung erzielen.

Um bei Bedarf einen Startwert wieder herzustellen, kann das Kalibrationsregister ausgelegt sein, mindestens einen vorgebbaren Wert zu speichern. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, den Wert des Kalibrationsre- gisters zu speichern, bei dem eine Resonanz festgestellt wurde, beispielsweise um diese zu vermeiden (akustische Resonanz) oder diese einzustellen (Zündungsresonanz) .

Bevorzugt liegt das Verhältnis von f _sign ai zu f _O sc zwischen 1:1 und 100:1.

Gemäß einer ersten bevorzugten Realisierung ist der Os- zillator wie erwähnt im MikroController vorgesehen. Gemäß einer zweiten bevorzugten Realisierung kann jedoch der Oszillator auch außerhalb des MikroControllers vorgesehen sein .

Weitere bevorzugte 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 nunmehr ein Ausführungsbeispiel ei ^¬ nes erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die in sche- matischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines er ^¬ findungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts zeigt, näher beschrieben.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts. Dieses umfasst einen Block 10, in dem die im Hinblick auf die vorliegende Erfindung weniger im Vordergrund stehen ^¬ den Elemente, die dem Fachmann hinlänglich bekannt sind, zusammengefasst sind. Dabei handelt es sich beispielswei ^¬ se um Elemente zur Funkentstörung, zur Gleichrichtung, zur Leistungsfaktorkorrektur, eine Brückenschaltung, Koppel- und Resonanzkondensatoren, eine Lampendrossel und dergleichen. Am Ausgang A des Blocks 10 ist eine Licht ^¬ quelle La, vorliegend eine Entladungslampe, angeschlos ^¬ sen. Die Erfindung ist ohne weiteres auf andere Arten von Lichtquellen übertragbar. Das in Fig. 1 dargestellte e- lektronische Vorschaltgerät umfasst einen Versorgungs-

spannungsanschluss U _v , der einerseits mit dem Block 10, andererseits mit einem MikroController 12 gekoppelt ist. Der MikroController 12 umfasst eine Schnittstelle 14, ü- ber die ein Zugriff auf eine Ansteuerschaltung 16 ermög- licht wird. Die Ansteuerschaltung 16 ist mit einem Ka- librationsregister 18 gekoppelt und ausgelegt, den Eintrag im Kalibrationsregister 18 im laufenden Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts zu variieren. Das Kalibra ^¬ tionsregister 18 ist mit dem Kalibriereingang 20 eines Oszillators 22 gekoppelt, der in Abhängigkeit des an sei ^¬ nem Eingang 20 angelegten Signals ein Signal mit einer Frequenz f _0Sc an eine Timervorrichtung 24 bereitstellt. Die Timervorrichtung kann insbesondere eine Pulsweitenmo- dulationsvorrichtung darstellen.

Die Timervorrichtung 24 stellt an ihrem Ausgang, der mit dem Ausgang des MikroControllers 12 gekoppelt ist, ein Ansteuersignal mit zumindest einem Spektralanteil bei der Frequenz f _signa i für die mindestens eine Lichtquelle be ^¬ reit, wobei die Timervorrichtung die Frequenz f _signa i in Abhängigkeit der Frequenz f _O sc erzeugt, was dem Fachmann hinlänglich bekannt ist.

Während in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Os ^¬ zillator 22 Teil des MikroControllers 12 ist, kann der Oszillator 22 jedoch auch außerhalb des MikroControllers 12 angeordnet sein, um den MikroController 12 anzusteuern. Während im dargestellten Ausführungsbeispiel der Os ^¬ zillator 22 die Timervorrichtung 24 taktet, kann auch vorgesehen sein, dass der Oszillator 22 den Mikrocontrol- ler 12 selbst taktet, z.B. über einen Takteingang des MikroControllers 12.

über die Schnittstelle 14 ist es demnach möglich, unter Verwendung der Ansteuerschaltung 16, die über das Ka- librationsregister 18 mit dem Kalibriereingang 20 des Oszillators 22 gekoppelt ist, im laufenden Betrieb des e- lektronischen Vorschaltgeräts die Frequenz f _signa i des am Ausgang des MikroControllers 12 bereitgestellten Signals zu verändern. Das bereitgestellte Signal am Ausgang des MikroControllers 12 kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Schalter einer Halbbrückenschaltung anzusteu- ern, deren Halbbrückenmittelpunkt mit dem Ausgang A ge ^¬ koppelt ist, um die Lampe La anzusteuern.

Neben den oben bereits erwähnten Vorteilen findet die Erfindung weiterhin Anwendung beim Einstellen einer Abfolge von Lichtwechseln in hoher zeitlicher Auflösung, bei- spielsweise über ein Farbrad bei Projektionslampen. Ebenso lassen sich bei einer LED-Projektion beziehungsweise bei einer LED-Hintergrundbeleuchtung die unterschiedlichen Lichtpegel mit hoher zeitlicher Auflösung und unter Verwendung eines äußerst kostengünstigen MikroControllers kontrollieren.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten MikroController kann es sich beispielsweise um einen ATMEL-Mikrocontroller der AVR-Familie handeln. Dieser umfasst einen RC-Oszillator, wobei über ein Kalibrationsregister 18 einzelne Kondensa- toren und ohmsche Widerstände des Oszillators zu- oder weggeschaltet werden können. Dies wird erfindungsgemäß im laufenden Betrieb über den Kalibriereingang 20 des Oszillators 22 bewirkt.