[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von mit Wechselspannung betriebenen
Lampen insbesondere Leuchtstofflampen, wie z.B. Gasentladungslampen. Die Erfindung
betrifft die Regelung für derartige Lampen unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen,
wie beispielsweise der Umgebungstemperatur. Derartige Regelungen werden in Betriebsgeräten
wie beispielsweise elektronischen Vorschaltgeräten verwendet.
[0002] Leuchtstofflampen, die mit dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten betrieben werden,
können dementsprechend einerseits in der Nähe des Nominalbetriebs - und somit bei
Nominalleistung - und andererseits mit gedimmter, d.h. reduzierter Lampenleistung
betrieben werden. Der Betrieb mit Nominalleistung ist verhältnismäßig unproblematisch
im Vergleich zu dem Betrieb mit reduzierter, insbesondere stark reduzierter Lampenleistung.
Dementsprechend sind im Vergleich zu dem Betrieb mit Normalleistung die zulässigen
Lampen-Umgebungstemperaturen im Dimmbetrieb wesentlich enger spezifiziert. Bei geringen
Dimmwerten spielt nämlich die Lampen-Umgebungstemperatur eine größere Rolle für eine
stabile Regelung der gedimmt betriebenen Leuchtstofflampen, d.h. eine Regelung mit
konstanter Lichtleistung und insbesondere eine Regelung, die ein unerwünschtes Verlöschen
der Lampe sicher verhindert.
[0003] Die stärkere Lampen-Umgebungstemperaturabhängigkeit bei niedrigen Dimmwerten ist
u.a. dadurch verursacht, dass die Lampenspannung bei niedrigeren Umgebungstemperaturen
und kleinen Lampenströmen (wie sie bei gedimmter Lampenleistung auftreten) stark ansteigt
und ggf. unzulässig hohe Werte annehmen kann. Für dieses Phänomen ist natürlich die
Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Lampe ausschlaggebend, die nicht zwangsläufig
die Umgebungstemperatur eines ggf. räumlich und thermisch von der Lampe getrennten
elektronischen Vorschaltgeräts sein muss. Somit kann die Temperatur des elektronischen
Vorschaltgeräts auch nicht unmittelbar zur Beurteilung der Lampenumgebungstemperatur
herangezogen werden.
[0004] Bei gewissen Anwendungsszenarien kann im übrigen nicht ausgeschlossen werden, dass
der für geringe Dimmwerte enger spezifizierte zulässige Temperaturbereich verlassen
wird, beispielsweise wenn dimmbare elektronische Vorschaltgeräte in Außenanwendungen
und bei niedrigen Temperaturen im gedimmten Zustand betrieben werden.
[0005] Aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung
DE 102005018763 ist es bereits bekannt, an eine Leuchtstofflampe gezielt eine Gleichspannung zusätzlich
bspw. zu einer hochfrequenten AC-Spannung zu überlagern, um dann in einem weiteren
Schritt die an der Lampe sich ergebende Gleichspannung regelungstechnisch auszuwerten.
Dieser Gleichspannungsanteil wird der Leuchtstofflampe dadurch zugeführt, dass ein
Gleichspannungspfad parallel zur Wechsel-Betriebsspannung für die Leuchtstofflampe
vorgesehen ist. Die Erfassung des Gleichspannungsanteils der Leuchtstofflampenspannung
erfolgt bei diesem Stand der Technik nur bei gezündeter Lampe. Vor der Zündung der
Lampe ist dagegen ein anderer Regelkreis zum Betrieb der Leuchtstofflampe vorgesehen.
Zum Zeitpunkt des Zündens der Lampe muss also auf die Erfassung und Auswertung des
Gleichspannungsanteils umgeschaltet werden. Diese Umschaltung zwischen zwei Regelkreisen
kann indessen insofern problematisch sein, als sie beispielsweise zu einem sichtbaren
Lampenleistungssprung führen kann, der für das menschliche Auge sichtbar sein kann.
[0006] Weiterhin ist bei diesem Stand der Technik eine Zünderkennung durch Detektieren einer
stark absinkenden Lampenspannung notwendig, um auf die Gleichspannungsauswertung und
die entsprechende Regelungsschaltung umschalten zu können.
[0007] Die Erfindung hat sich dementsprechend zur Aufgabe gesetzt, eine verbesserte und
vereinfachte Technik zur Regelung einer Leuchtstofflampe bereit zu stellen, die ein
Verlöschen der Lampe auch unter Extrembedingungen sicher verhindern kann.
[0008] Die Erfindung setzt nunmehr an diesem Problem an und schlägt vor, bereits während
des Zündvorgangs der Lampe die DC-Erfassung durchzuführen und regelungstechnisch auszuwerten.
[0009] Weiterhin ist es ein Aspekt der Erfindung, dass ein variabler DC-Wert als Sollwert
vorgegeben werden kann, wobei der Sollwert vom aktuellen Betriebszustand der Lampe
(beispielsweise Zünden, Brennbetrieb, etc.) abhängen kann.
[0010] Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst, wobei sich
die Kombination der Ansprüche als besonders vorteilhafte Lösung der Aufgabenstellung
auszeichnet.
[0011] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung
des Betriebs von mindestens einer mit (typischerweise hochfrequenten) Wechselspannung
betriebenen Leuchtstofflampe nach Anspruch 1.
[0012] Insbesondere wird die Regelung der Lampenleistung bereits vor ihrer Zündung vorgenommen
werden und dann natürlich im Brennbetrieb fortgesetzt werden.
[0013] Die Gleichspannungs-Führungsgröße kann vom Betriebszustand der Lampe - wie beispielsweise
Vorheizung, Zündung, oder Betrieb - abhängen und somit zeitlich veränderbar sein.
[0014] Der Lampenwiderstand kann vorzugsweise konstant gehalten werden.
[0015] Der Gleichspannungsanteil kann anhand eines an einem Spannungsteiler abgeleiteten
Messsignals ermittelt werden.
[0016] Der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung kann anhand der Abstände der Nulldurchgänge
der Lampenspannung ermittelt werden.
[0017] Die Regelung des Lampenbetriebs kann digital erfolgen.
[0018] Ein extern vorgegebener Dimmwert kann zur Regelung der Lampenleistung berücksichtigt
werden.
[0019] Die Leistung der Lampe kann abhängig von dem Wert des Gleichspannungsanteils der
Lampenspannung auf einen Wert erhöht werden, der über dem extern vorgegebenen Dimmwert
liegt.
[0020] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsgerät zur
Ansteuerung von mindestens einer mit Wechselspannung betriebenen Leuchtstofflampe
nach Anspruch 11.
[0021] Die Gleichspannungs-Führungsgröße kann als Digitalwert vorgegeben werden.
[0022] Insbesondere ist die Lampenregelungsschaltung dazu ausgelegt, die Lampenleistung
bereits vor der Zündung der Leuchtstofflampe zu regeln.
[0023] Die Gleichspannungs-Führungsgröße kann vom Betriebszustand der Lampe - wie beispielsweise
Vorheizung, Zündung, oder Betrieb - oder erfassten Betriebsparametern abhängen und
somit zeitlich veränderbar sein.
[0024] Es können Mittel vorgesehen sein, die den Lampenwiderstand konstant halten.
[0025] Vorzugsweise ist ein Spannungsteiler zur Ermittlung des Gleichspannungsanteils vorgesehen.
[0026] Der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung kann anhand der Abstände der Nulldurchgänge
der Lampenspannung ermittelt werden.
[0027] Mittel können eingesetzt werden zur digitalen Regelung der Lampenleistung.
[0028] Die Lampenregelungsschaltung kann einen Eingang für extern vorgegebene Dimmwerte
aufweisen.
[0029] Die Regelschaltung kann abhängig von dem Wert des Gleichspannungsanteils der Lampenspannung
die Leistung der Lampe auf einen Wert erhöhen, der über dem extern vorgegebenen Dimmwert
liegt.
[0030] Gemäß einem nächsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Vorschaltgerät
nach Anspruch 21.
[0031] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leuchte nach Anspruch
22.
[0032] Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr
Bezug nehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert werden.
- Fig. 1a
- zeigt dabei eine schematische Darstellung relevanter Bauteile eines elektronischen
Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig.1b und 1c
- zeigen vereinfachte Schaltbilder zur Erläuterung des Hintergrunds der vorliegenden
Erfindung,
- Fig. 2 und 3
- dienen zur Erläuterung der indirekten digitalen Erfassung der Impedanz der Lampe,
die dann als Parameter für die Lampentemperatur verwendet werden kann,
- Fig. 4
- zeigt die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenspannung für verschiedene Lampentemperaturen,
- Fig. 5
- zeigt die Abhängigkeit der Impedanz vom Lampenstrom für verschiedene Lampentemperaturen,
- Fig. 6
- zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen
Vorschaltgeräts, und
- Fig. 7
- zeigt den Verlauf von verschiedenen Lampenparametern abhängig vom Betriebszustand
der Lampe.
[0033] In Fig. 4 und 5 ist dargestellt, dass die Lampenspannung V
Dis bei niedrigen Temperaturen (s. Beispiel -15°C) im Bereich niedriger Dimmwerte (repräsentiert
mittels des Lampenstroms I
Dis) sehr stark ansteigen kann und ggf. zulässige Grenzwerte übersteigen kann. In dem
Referenzbeispiel von einer Lampentemperatur von 35°C tritt dieser Effekt weniger stark
bzw. gar nicht auf. Gleichzeitig ist aber aus Fig. 4 zu sehen, dass die Lampenspannung
V
Dis insgesamt kein eindeutiger Parameter für die Temperatur der Lampe ist. Wie ersichtlich
kann im Bereich etwas höherer Lampenströme die in Lampenspannung V
Dis bei höheren Temperaturen (Beispiel 35°C) sogar diejenige bei niedrigen Temperaturen
(Beispiel -15°C) übersteigen.
[0034] Die dargestellte Abhängigkeit der Lampenspannung liegt darin begründet, dass der
Lampenwiderstand (d.h. die Impedanz der Entladestrecke der Lampe im jeweiligen Betriebspunkt)
sowohl eine Abhängigkeit vom Entladestrom V
Dis wie auch von der Umgebungstemperatur T aufweist. In einem bestimmten Betriebspunkt,
in welchem der Lampenstrom I
Dis vom Vorschaltgerät im wesentlichen konstant gehalten wird, besteht somit eine Abhängigkeit
der Lampenimpedanz Z
Dis von der Umgebungstemperatur T.
[0035] Wie in Fig. 1b und 1c schematisch dargestellt, schlägt die vorliegende Erfindung
nunmehr vor, der üblicherweise hochfrequenten Betriebsspannung für die Lampe U
HF gezielt eine DC-Spannung V
DC aus einer hochohmigen Quelle zu lagern, so dass dann der DC-Anteil der an der Lampe
anfallenden Spannung als Indikator dafür herangezogen werden kann, unter welchen Bedingungen
die Lampe gerade betrieben wird:
[0036] Die Quellenspannung V
DC der DC-Quelle wird gemäß dem Widerstandsverhältnis von Innenwiderstand der DC-Quelle
Z
i zur Impedanz der Lampe Z
l im aktuellen Betriebspunkt aufgeteilt, wobei der Lampenwiderstand Z
l u.a. von der Umgebungstemperatur der Lampe T abhängt. Damit kann auch über das Widerstandsverhältnis
die Abhängigkeit des aus der Messung hergeleiteten DC-Anteils der Lampenspannung
V
DC,ZL von der Umgebungstemperatur T der Lampe erfasst werden.
[0037] Wenn der DC-Anteil der Lampenspannung V
DC,ZL außerhalb eines definierten Bereichs liegt, und insbesondere wenn er über einem definierten
Schwellenwert liegt, kann das elektronische Vorschaltgerät entsprechende Gegenmaßnahmen
treffen. Sinnvollerweise wird der DC-Anteil der Lampenspannung V
DC,ZL über einen bestimmten Zeitbereich hinweg erfasst und dann gemittelt, um zeitlichen
Ausgleichsvorgängen in der Lampe Rechnung zu tragen.
[0038] Wenn nunmehr dieser Mittelwert des DC-Anteils der Lampenspannung V
DC,ZL über einen zulässigen Schwellenwert hinaus ansteigt, kann das Vorschaltgerät bspw.
selbsttätig die Lampenleistung erhöhen, und zwar soweit, bis der DC-Anteil der Lampenspannung
V
DC,ZL wieder auf zulässige Werte, d.h. unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts gesunken
ist. Unter 'selbsttätiger Erhöhung der Lampenleistung durch das EVG' ist dabei zu
verstehen, dass das elektronische Vorschaltgerät die Lampenleistung auch über ggf.
von außen zugeführte Sollwerte (Dimmbefehle, etc.) hinaus erhöht und somit der Stabilität
der Lampenregelung eine höhere Priorität als der strikten Einhaltung von außen vorgegebener
Sollwerte (Dimmbefehle, etc.) eingeräumt wird.
[0039] Diese Erhöhung der Lampenleistung kann erfindungsgemäß auf den Bereich geringer Dimmwerte
beschränkt sein.
[0040] Wichtig ist dabei eine korrekte Einstellung der Zeitkonstanten der Regelung: Bekanntlich
laufen in einer Leuchtstofflampe thermische Ausgleichsvorgänge ab, so dass die Zeitkonstante
des Regelkreises in dem elektronischen Vorschaltgerät auf diese Vorgänge abgestimmt
sein muss.
[0041] Wenn beispielsweise zeitlich folgend der DC-Anteil der Lampenspannung V
DC,ZL wieder absinkt, beispielsweise weil sich die Umgebungstemperatur der Lampe wieder
erhöht hat, nimmt das elektronische Vorschaltgerät die Lampenleistung wieder zurück,
bis entweder erneut der vorgegebene Schwellenwert für den DC-Anteil der Lampenspannung
V
DC,ZL erreicht ist, oder nunmehr korrekt der vorgegebene Sollwert (Dimmbefehl, etc.) für
die Lampenleistung erreicht wurde.
[0042] In Fig. 1a ist schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
[0043] Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät weist einen Wechselrichter 1 auf mit zwei in
Serie geschalteten, an einer Gleichspannungsquelle DC-Spannung angeschlossenen und
abwechselnd getakteten Transistor-Schaltern S1 und S2. Das Schalten kann dabei durch
eine Steuereinheit 2 erfolgen, die als digitale Schaltung oder integrierte Schaltung
(IC) realisiert werden kann.
[0044] An dem Knotenpunkt der beiden Schalter S1 und S2 ist ein Lastkreis angeschlossen,
der einen Resonanz-Lastkreis 3 und eine Lampe 4 aufweist. Der Resonanz-Lastkreis 3
besteht aus einer Induktivität L
R, einem Kondensator C
R und einem Koppelkondensator C
K.
[0045] Die Lampe 4, die schematisch mittels ihres Innenwiderstands R
disl bezeichnet ist, ist an den Resonanz-Lastkreis 3 angeschlossen und wird von der vom
Wechselrichter 1 zur Verfügung gestellten hochfrequenten Wechselspannung betrieben.
Die Lampe 4 kann insbesondere eine Leuchtstofflampe wie z.B. eine Gasentladungslampe
sein.
[0046] Parallel zum Koppelkondensator C
K und zur Induktivität L
R ist optional eine Diode D in Serie mit einem vorzugsweise hochohmigen Widerstand
R_DC geschaltet. Der Widerstand R_DC kann auch direkt and die DC-Busspannung angeschlossen
werden.
[0047] Somit wird gezielt ein Gleichspannungsanteil V
DC auf die Wechsel-Betriebsspannung der Lampe 4 aufgeschlagen. Diese Gleichspannung
kann auch in eine alternative Weise an die Wechselspannung der Leuchtstofflampe überlagert
werden.
[0048] Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen R1, R2 parallel
zu der Lampe 4 geschaltet. An dem Schaltungsknoten zwischen den beiden Widerständen
R1, R2 des Spannungsteilers wird ein Messsignal U
L abgegriffen, das der Spannung der Lampe 4 entspricht.
[0049] Dieses Messsignal U
L wird der Steuereinheit 2 und insbesondere einer Schaltung 5 und einem Sollwertgeber
6 zugeführt. Auf Grundlage dieses Messsignals U
L kann die Schaltung 5 beziehungsweise der Sollwert-Geber 6 die an der Lampe 4 abfallende
Wechselspannung messen. Da aber diese Wechselspannung einen Gleichspannungsanteil
enthält, wird auch von der Schaltung 5 bzw. vom Sollwert-Geber 6 ein Wert ausgewertet,
der dem Gleichspannungsanteil der Lampenspannung entspricht.
[0050] Das vom Spannungsteiler erzeugte Messsignal U
L wird dem einen Eingang eines Sollwert-Gebers 6 zugeführt. Dieser Sollwertgeber 6
liefert einen Sollwert für den Gleichspannungsanteil der Lampenspannung in Abhängigkeit
von der Lampenspannung, d.h. von dem Messsignal U
L und/oder in Abhängigkeit vom Betriebszustand (bspw. ungezündet/Brennbetrieb) der
Lampe (variabler Sollwert).
[0051] Der Istwert bzw. die Regelgröße U
DC,ist und der Sollwert bzw. die Führungsgröße U
DC,soll werden einem DC-Regler 7 zugeführt, der je nach Regeldifferenz zwischen dem Soll-und
dem Ist-Wert eine Stellgröße für die Regelung des Gleichspannungsanteils liefert.
Diese Stellgröße kann sich z.B. auf die Taktfrequenz der beiden Schalter S1, S2 beziehen.
[0052] Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, können auch der Lampenregelungsschaltung weitere
Betriebsparameter wie beispielsweise der Lampenstrom etc. sowie extern vorgegebene
Sollwerte (Dimmbefehle, etc.) zugeführt werden.
[0053] Wie bereits erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Lampenbetrieb digital
ausgeführt werden.
[0054] Somit wird vorzugsweise auch der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung digital
ausgewertet. Dies soll nunmehr unter Bezugnahme auf Figuren 2 und 3 erläutert werden.
[0055] Fig. 2 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung dieses Ausführungsbeispiels mit
einem Aufwärts/Abwärts-Zähler 107, der als eigentliches Eingangssignal ein Signal
UZERO und des weiteren als Steuersignale ein hochfrequentes Referenztaktsignal CLK
sowie ein Rücksetz- oder Reset-Signal empfängt. Das Signal UZERO nimmt während jeder
positiven Halbwelle der am Anschluss VL anliegenden Lampenspannung einen positiven
und ansonsten einen negativen Spannungspegel an und erfasst somit den Nulldurchgang
der Lampenspannung. Der Zähler 107 wird bei Anliegen des Reset-Signals auf einen mittleren
Zählerstand, z.B. auf den Ausgangszählerwert N
0=255, initialisiert. Der Zähler 107 wird bei Nulldurchgang der Lampenspannung gestartet
und zählt während der nachfolgenden Halbwelle der Lampenspannung entweder nach oben
oder nach unten. Erreicht das Messsignal, d.h. die Lampenspannung, nach einer Halbperiode
wieder den Nulldurchgang, wird die Zählrichtung des Zählers 107 umgedreht. Nach Ablauf
einer vollen Periode der Lampenspannung wird der aktuelle Zählerstand N des Zählers
103 einem Komparator zugeschaltet, der beispielsweise durch den bereits zuvor beschriebenen
Komparator 103 gebildet sein kann. Dieser Komparator 103 vergleicht den aktuellen
Zählerstand N mit dem Initialisierungswert bzw. dem ursprünglichen Zählerstand des
Zählers 107. Wenn kein Gleichrichteffekt vorliegt, muss der Zählerstand N nach Erreichen
des nächsten Nulldurchgangs der Lampenspannung wieder den Ausgangswert N
0 erreicht haben. Weicht hingegen der Zählerstand N von dem Ausgangswert N
0 ab, liegt ein Gleichspannungsanteil in der Lampenspannung vor. Vorteilhafterweise
vergleicht der Komparator 103 den Zählerstand N mit dem Ausgangswert N
0 innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen, um somit nicht voreilig auf das Vorliegen eines
Gleichrichteffekts zu schließen. Das Ausgangssignal des Komparators 103 wird über
ein durch ein Latch-Signal getaktetes D-Flip-Flop 108 der Messphasensteuerung 900
zugeführt, die - wie oben beschrieben worden ist - dieses Signal auswertet und insbesondere
eine ereignisgefilterte Wertung durchführt, d.h. nur dann auf das Vorliegen eines
Gleichspannungsanteil schließt, falls man von dem Komparator 103 beispielsweise 32
mal nacheinander jede 255. Periode der Lampenspannung ein Gleichspannungsanteil gemeldet
wird.
[0056] Die Erfindung wird nun anhand des in Fig. 6 dargestellten Blockdiagramms weiter erläutert.
[0057] Das erfindungsgemäße System zur sicheren Zündung von bspw. Gasentladungslampen enthält
zwei wesentliche Komponenten nämlich eine Steuereinheit oder einen Controller 11 sowie
eine Regelstrecke 12, welche die oben bereits erwähnten Wechselrichter oder Halbbrücke
1, einen Resonanz-Lastkreis 3 und die Lampe 4 aufweist.
[0058] Die Steuereinheit 11 steuert im wesentlichen zwei Schalter des Wechselrichters 1
zur Bereitstellung einer hochfrequenten Wechselspannung zur Zündung bzw. zum Betrieb
der Gasentladungslampe 4.
[0059] Die Leistung P_lamp und/oder die Spannung V_lamp der Gasentladungslampe 4 werden
zunächst über verschiedene bekannte Verfahren erfasst. Die Lampenspannung V_lamp wird
einer Einheit 14 zur Auswertung des Gleichspannungsanteils der Lampenspannung zugeführt.
Diese Auswertung kann mittels verschiedener Verfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise
die oben im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 beschriebene Erfassung der Nulldurchgänge
der Lampenspannung.
[0060] Der Ist-Gleichspannungsanteil der Lampenspannung wird mit einem Sollwert DC-Target
verglichen und die Differenz V_DC_lamp von beiden Werten wird einem DC-Regler 18 zugeführt.
Für den DC-Regler 18 kann insbesondere einer der folgenden Regler genommen werden:
Proportional-Regler (P-Regler), Proportional-Integral-Regler (PI-Regler), Proportional-Integral-Differential-Regler
(PID-Regler), Proportional-Differential-Regler (PD-Regler). Im beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist der DC-Regler 18 vorzugsweise ein PI-Regler.
[0061] Wie im folgenden beschrieben wird das Ausgangssignal des DC-Reglers 18 als Sollwert
einem weiteren Regelungskreis, nämlich einem Lampenleistungs-Regelkreis zugeführt.
[0062] Ein Analog-Digital-Umsetzer 13 wandelt die analog erfasste Lampenleistung P_lamp
in ein digitales Signal um, das als Istwert mit der Stellgröße des DC-Reglers 18 als
Solwert verglichen 15 wird. Das Ergebnis wird als Regeldifferenz einem Leistungsregler
17 zur Regelung der Lampenleistung zugeführt wird.
[0063] Als Stellgrösse steuert der Leistungsregler 17 bspw. die Frequenz der AC-Spannung
der Lampe an. Üblicherweise wird dementsprechend die Frequenz des Wechselrichters
angesteuert.
[0064] Es sind also zwei Regelkreise vorgesehen, wobei der äußere oder erste Regelkreis
den DC-Regler 18 aufweist und den Sollwert DC-Target für den DC-Anteil an der Lampe
4 abhängig beispielsweise vom Betriebszustand oder aber auch von anderen Parametern
aus dem Lampenkreis vorgibt. In diesem ersten Regelkreis ist ein innerer oder zweiter
Regelkreis mit dem Leistungsregler 17 vorgesehen, der dann den Lampenbetrieb auf den
(variabel vorgegebenen) DC-Anteil regelt.
[0065] Folgende Größen können den variablen DC-Anteil (Sollwert) beeinflussen, indem der
DC-Sollwert DC-Target entsprechend verändert wird:
- Vorgabe eines ,dithering' oder sonstige regelmäßige oder zufällige Wechsel der DC-Sollwertvorgabe
zur Verringerung beispielsweise von Quecksilbermigration,
- eine kontinuierliche Einstellung des Sollwerts im Gegensatz zu schaltbaren (stufenförmigen)
Sollwertvorgaben,
- Lampenparameter, die beispielsweise auf einen Gleichrichtereffekt zurückschließen
lassen, und
- der aktuelle Betriebszustand der Lampe (nicht in Betrieb, Vorheizung, Zündung, in
Betrieb).
[0066] Der Gleichrichtereffekt kann z.B. an älteren Leuchtstofflampen auftreten und zu einer
Überlastung des Vorschaltgeräts führen. 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. Eine derartige Stromverschiebung
zwischen einzelnen Lampenzweigen kann durch die Auswertung der Impedanz d.h. des Gleichspannungsanteils
der Lampenspannung erfasst werden. Der Leistung der Lampe 4 kann somit entsprechend
geregelt werden.
[0067] Fig. 7 zeigt, wie der DC-Anteil abhängig vom Betriebszustand der Lampe 4 gemacht
werden kann.
[0068] Nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes (t=t1) steigt die Lampenspannung in der
Regel an sofern in der Schaltung kein Kurzschluss ist. Sobald die Lampenspannung eine
bestimmte Sollwert-Vorheizspannung erreicht, wird diese eine Zeit lang konstant gehalten.
Während dieser Vorheizzeit bleibt der DC-Anteil-Sollwert gleich.
[0069] Sobald bei t=t2 die Vorheizzeit erreicht wird, senkt die Steuereinheit 11 die Frequenz
des Wechselrichters 1. Dies hat zur Folge, dass die Spannung an den Anschlüssen der
Lampe 4 ansteigt. Solange diese Lampenspannung regelmäßig steigt, wird der DC-Anteil-Sollwert
dementsprechend regelmäßig herabgesetzt. Diese Phase ist auf Fig. 7 zwischen t2 und
t3 zu beobachten.
[0070] Wenn eine Zündung der Lampe 4 erfolgt, so sinkt die Lampenspannung bei t=t3 stark
ab. Dies wird vom System durch die Erfassung der Lampenspannung erkannt, so dass nun
der DC-Anteil-Sollwert auf ein niedrigeres und konstantes Niveau gehalten werden kann.
[0071] Die Aktivierung des Regelkreises zündet also die Lampe und hält sie in der kritischen
Phase nach der Zündung sicher in Betrieb. Der innere Regelkreis erfasst die Lampenleistung
und bildet so die Möglichkeit, eine definierte Leistung einzustellen. Des Weiteren
ist der innere Regelkreis so ausgelegt, dass durch ihn instabile Arbeitspunkte des
äußeren Kreises stabilisiert werden können. Das ist beim Betrieb bei geringen Temperaturen
und destabilisierten Lampen (Ablagerung von Quecksilber) notwendig.
[0072] Die äußere Regelschleife hält die DC-Spannung der Lampe konstant, was deren Widerstand
entspricht. Der Sollwert der DC-Regelschleife ist auf die 1% Nennleistung einer Neuen
Lampe bei Nominaltemperatur eingestellt. Um die Lampe zu zünden werden beide Regelkreise
geschlossen. Die Anfangsbedingungen sind hierbei eine maximale Frequenz für den Ausgang
des Leistungsreglers 17 und eine minimale Leistung für den Ausgang des DC-Reglers
18. Die DC-Regelschleife wird nun die vorhandene Regeldifferenz verringern und die
Lampe zünden. Nachdem gezündet wurde, wird über die Regelungen auf den DC-Sollwert
gefahren.
[0073] In der Praxis zeigt sich, das über dieses Verfahren ein optimaler 1%-Start realisierbar
ist. Hilfreich ist hierbei, dass schon vor dem Durchbrechen der Gasstrecke die teilweise
Ionisation zu einer Reduktion des Lampenwiderstandes führt und somit sich positiv
auf die Dynamik es Systems auswirkt. Die hier beschriebene Erfindung garantiert unter
allen Bedingungen ein Höchstmaß an Qualität eines 1%-Starts.
[0074] Eine mögliche Realisierungsmethode der Lampenstromerfassung ist, wie dargestellt,
die Auswertung der Lampenspannung. Die Voraussetzung hierfür ist allerdings ein konstanter
DC-Strom, der der Lampe zugeführt werden muss. Die Auswertung der Nullstellen, genauer
das Verhältnis zwischen T_pos, Zeit während der das Signal positiv ist, und T_neg,
Zeit während der das Signal negativ ist, beinhaltet eine Information über den Lampenstrom,
sowie die Information der Lampenspannung.
[0075] So ist es möglich im Betrieb der Lampe auf den Lampenstrom zu regeln und im Gasdefekt
oder bei nicht vorhandener Lampe auf eine Lampenspannung zu regeln. Es handelt sich
dann um eine Regelung der Zündspannung Lastkapazitätsunabhängig. Im Betrieb kann also
auf den Strom geregelt werden:
wobei C und C1 jeweils eine Konstante ist,
und im Falle eines Gasdefekts auf die Lampenspannung:
wobei C und C2 jeweils eine Konstante ist.
[0076] Durch die immer aktivierte Leistungsregelschleife wird das System stes stabil gehalten.
Das bedeutet, dass auch bei nicht immer stabilen Arbeitspunkten (z.B. aktiver - passiver
Zweipol, Lampe - Ausgangskreis), das System stabil gehalten wird. Durch die hohen
Anforderungen bezüglich Ausregelgeschwindigkeit der inneren Regelschleife ist sichergestellt,
dass die innere Schleife keinen Engpass bezüglich Ausregelzeit darstellt.
[0077] Ein weiterer Vorteil ist die permanent eingeschaltete Leistungsregelung schon vor
der Zündung der Lampe, da das System hier schon vollständig arbeitet und initialisiert
ist. Es müssen keine Umschaltungen und Initialisierungen vorgenommen werden. Der Zündzeitpunkt
spielt in diesem System keine Rolle mehr. Er kann Lampenbedingt und Umgebungsbedingt
stark variieren, was für einen optimalen Start von Nachteil wäre.
[0078] Wie bereits erwähnt können die elektrischen Eigenschaften von Gasentladungslampen
unter variablen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, dem
Alterungszustand und der Brenndauer (Quecksilberionisation) stark schwanken. Eine
derartige Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Gasentladungslampe bedeutet
eine Veränderung der Spannungs-/Strom-Charakteristik der Lampe.
[0079] Da ein gewisser Mindeststrom der Lampe sichergestellt werden muss, um die Gasstrecke
im ionisierten Zustand zu belassen, und da dieser Mindeststrom wiederum vom Zustand
der Lampe abhängig ist, vermeidet das erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Betriebgerät
ein Verlöschen der Gasentladungslampe, indem es ein Unterschreiten des umgebungsbedingungsabhängigen
Mindestlampenstromes verhindert.
[0080] Das erfindungsgemäßen Verfahren bedient sich der Ermittlung der umgebungsabhängigen
elektrischen Parameter und damit des Mindeststromes, wobei der Lampenwiderstand der
elektrische Parameter ist, welcher diesen Rückschluss zulässt. Dieser Lampenwiderstand
kann messtechnisch über verschiedene bekannte Verfahren bestimmt werden und bildet
die konstant zu haltende Messgröße.
[0081] Ein Regelkreis ist erfindungsgemäß vorgesehen, um den Lampenwiderstand konstant zu
halten (konstanter DC Strom, Messung der DC-Lampenspannung). Die Aktivierung des Regelkreises
zündet die Lampe und hält sie in der kritischen Phase nach der Zündung sicher in Betrieb.
Dadurch wird eine Regelung der Lampe erzielt, die bei verschiedenen Betriebszuständen
der Lampe (wie beispielsweise Vorheizung, Zündung, Betrieb) angewendet wird, wobei
der DC-Anteil der Lampenspannung ausgewertet wird. Die Regelparameter passen sich
dabei an den Lampenzustand an, was durch die Kombination von Regelschleifen ermöglicht
wird. Durch eine solche Regelung kann auf eine Zünderkennung verzichtet werden, trotzdem
wird ein sauberer Start ohne Lichtblitz auch bei niedrigen Dimmleveln erreicht.
1. Verfahren zur Regelung des Betriebs von mindestens einer mit Wechselspannung betriebenen
Leuchtstofflampe(4), aufweisend die folgenden Schritte:
- gezielte Überlagerung (RDC, D) einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe (4),
- Ermittlung (5) des Gleichspannungsanteils der Leuchtstofflampenspannung, und
- Regelung (7,8) des Betriebs der Leuchtstofflampe (4) zumindest vor der Zündung der
Leuchtstofflampe (4) auf Grundlage des ermittelten Gleichspannungsanteil als Regelgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend die folgenden Schritte vor der Zündung der Leuchtstofflampe
(4):
- gezielte Überlagerung (D, RDC) einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampe (4),
- Erfassung (5) des Gleichspannungsanteils der Leuchtstofflampenspannung, und
- Auswertung (7) des Gleichspannungsanteils der Leuchtstofflampe als Eingangsgröße
der Regelung (8) der Lampenleistung.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Gleichspannungs-Führungsgröße vom Betriebszustand der Lampe - wie beispielsweise
Vorheizung, Zündung, oder Betrieb - abhängt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Lampenwiderstand konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Gleichspannungsanteil anhand eines an einem Spannungsteiler (R1,R2) abgeleiteten
Messsignals ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung anhand der Abstände der Nulldurchgänge
der Lampenspannung ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Regelung (7,8)der Lampenleistung digital erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Regelung der DC-Lampenspannung digital erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspüche,
wobei ein extern vorgegebener Dimmwert zur Regelung der Lampenleistung berücksichtigt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei abhängig von dem Wert des Gleichspannungsanteils der Lampenspannung die Leistung
der Lampe auf einen Wert erhöht wird, der über dem extern vorgegebenen Dimmwert liegt.
11. Betriebsgerät zur Ansteuerung von mindestens einer mit Wechselspannung betriebenen
Leuchtstofflampe (4), aufweisend:
- eine Schaltung (RDC,D) zur gezielten Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampen (4),
- eine Schaltung (R1,R2,5) zur Ermittlung der Lampenspannung der Leuchtstofflampe
(4), und
- eine Lampenregelungsschaltung (7,8) zur Regelung des Betriebs der des Betriebs der
Leuchtstofflampe (4) zumindest vor der Zündung der Lampe (4) mit dem ermittelten Gleichspannungsanteil
als Regelgröße.
12. Betriebsgerät, nach Anspruch 11, aufweisend:
- eine Schaltung (RDC, D) zur gezielten Überlagerung einer Gleichspannung an die Leuchtstofflampen,
- eine Schaltung zur Ermittlung der Lampenspannung der Leuchtstofflampe, und
- eine Lampenregelungsschaltung zur Regelung der Lampenleistung der Leuchtstofflampe,
der den Gleichspannungsanteil der Leuchtstofflampe als Eingangsgröße zugeführt wird,
wobei die Lampenregelungsschaltung dazu ausgelegt ist, die Lampenleistung bereits
vor der Zündung der Leuchtstofflampe zu regeln.
13. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 12,
wobei die Gleichspannungs-Führungsgröße vom Betriebszustand der Lampe (4) - wie beispielsweise
Vorheizung, Zündung, oder Betrieb - abhängt.
14. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
wobei Mittel der Lampenregelungsschaltung den Lampenwiderstand konstant halten.
15. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14, aufweisend einen Spannungsteiler
(R1,R2) zur Ermittlung des Gleichspannungsanteils.
16. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
wobei der Gleichspannungsanteil der Lampenspannung anhand der Abstände der Nulldurchgänge
der Lampenspannung ermittelt wird.
17. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 16, aufweisend Mittel (8) zur digitalen
Regelung der Lampenleistung.
18. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 17, aufweisend Mittel (8) zur digitalen
Regelung der DC-Lampenspannung.
19. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
wobei die Lampenregelungsschaltung einen Eingang für extern vorgegebene Dimmwerte
aufweist.
20. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
wobei die Regelschaltung abhängig von dem Wert des Gleichspannungsanteils der Lampenspannung
die Leistung der Lampe (4) auf einen Wert erhöht, der über dem extern vorgegebenen
Dimmwert liegt.
21. Elektronisches Vorschaltgerät,
aufweisend ein Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 20.
22. Leuchte,
aufweisend ein Vorschaltgerät nach Anspruch 21.
1. A method for the regulation of the operation of at least one fluorescent lamp (4)
operated with AC voltage, having the following steps:
- targeted superposition (RDC, D) of a DC voltage at the fluorescent lamp (4),
- determination (5) of the DC voltage component of the fluorescent lamp voltage, and
- regulation (7, 8) of the operation of the fluorescent lamp (4), at least before
the ignition of the fluorescent lamp (4), on the basis of the determined DC voltage
component as a regulation parameter.
2. A method according to claim 1, having the following steps before the ignition of the
fluorescent lamp (4) :
- targeted superposition (D, RDC) of a DC voltage at the fluorescent lamp (4),
- detection (5) of the DC voltage component of the fluorescent lamp voltage, and
- evaluation (7) of the DC voltage component of the fluorescent lamp as an input parameter
of the regulation (8) of the lamp power.
3. A method in accordance with any preceding claim,
wherein the DC voltage reference parameter depends on the operating state of the lamp,
such as for example pre-heating, ignition or operation.
4. A method in accordance with any preceding claim,
wherein the lamp resistance is held constant.
5. A method in accordance with any preceding claim,
wherein the DC voltage component is determined on the basis of a measurement signal
derived at a voltage divider (R1, R2).
6. A method in accordance with any preceding claim,
wherein the DC voltage component of the lamp voltage is determined on the basis of
the spacings of the zero crossings of the lamp voltage.
7. A method in accordance with any preceding claim,
wherein the regulation (7, 8) of the lamp power is effected digitally.
8. A method in accordance with any preceding claim,
wherein the regulation of the DC lamp voltage is effected digitally.
9. A method in accordance with any preceding claim,
wherein a dimming value predetermined externally is taken into account for the regulation
of the lamp power.
10. A method according to claim 9,
wherein, depending on the value of the DC voltage component of the lamp voltage, the
power of the lamp is increased to a value which is above the externally predetermined
dimming value.
11. An operating device for control of at least one fluorescent lamp (4) operated with
AC voltage, having:
- a circuit (RDC, D) for targeted superposition of a DC voltage at the fluorescent lamps (4),
- a circuit (R1, R2, 5) for the determination of the lamp voltage of the fluorescent
lamp (4), and
- a lamp regulation circuit (7, 8) for the regulation of the operation of the fluorescent
lamp (4), at least before the ignition of the lamp (4), with the determined DC voltage
component as a regulation parameter.
12. An operating device according to claim 11, having:
- a circuit (RDC, D) for the targeted superposition of a DC voltage at the fluorescent
lamps,
- a circuit for the determination of the lamp voltage of the fluorescent lamp, and
- a lamp regulation circuit for the regulation of the lamp power of the fluorescent
lamp, to which the DC voltage component of the fluorescent lamp is delivered as an
input parameter,
wherein the lamp regulation circuit is constituted to regulate the lamp power already
before the ignition of the fluorescent lamp.
13. An operating device according to any of claims 11 to 12, wherein the DC voltage reference
parameter depends on the operating state of the lamp (4) - such as for example pre-heating,
ignition or operation.
14. An operating device according to any of claims 11 to 13, wherein means of the lamp
regulation circuit keep the lamp resistance constant.
15. An operating device according to any of claims 11 to 14, having a voltage divider
(R1, R2) for the determination of the DC voltage component.
16. An operating device according to any of claims 12 to 15, wherein the DC voltage component
of the lamp voltage is determined on the basis of the spacings of the zero crossings
of the lamp voltage.
17. An operating device according to any of claims 12 to 16, having means (8) for the
digital regulation of the lamp power.
18. An operating device according to any of claims 12 to 17, having means (8) for the
digital regulation of the DC lamp voltage.
19. An operating device according to any of claims 12 to 18, wherein the lamp regulation
circuit has an input for externally predetermined dimming values.
20. An operating device according to any of claims 12 to 19, wherein, depending on the
value of the DC voltage component of the lamp voltage, the regulation circuit increases
the power of the lamp (4) to a value which is above the externally predetermined dimming
value.
21. Electronic ballast, having an operating device according to any of claims 11 to 20.
22. Luminaire, having a ballast according to claim 21.
1. Procédé pour la régulation du fonctionnement d'au moins une lampe fluorescente (4)
alimentée par une tension alternative, présentant les étapes suivantes :
- superposition (RDC, D) ciblée d'une tension continue à la lampe fluorescente (4),
- estimation (5) de la part de tension continue de la tension de la lampe fluorescente,
et
- régulation (7, 8) du fonctionnement de la lampe fluorescente (4) au moins avant
l'allumage de la lampe fluorescente (4) en prenant comme grandeur commandée l'estimation
de la part de tension continue.
2. Procédé selon la revendication 1,
présentant les étapes suivantes avant l'allumage de la lampe fluorescente (4) :
- superposition (D, RDC) ciblée d'une tension continue à la lampe fluorescente,
- acquisition (5) de la part de tension continue de la tension de la lampe fluorescente,
et
- évaluation (7) de la part de tension continue de la lampe fluorescente comme grandeur
d'entrée de la régulation (8) de la puissance de la lampe.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
la tension continue comme grandeur de réglage dépendant de l'état de fonctionnement
de la lampe - comme par exemple pré-chauffage, allumage, ou fonctionnement.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
la résistance de la lampe étant maintenu constante.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
la part de tension continue étant estimée à l'aide d'un signal de mesure émanant d'un
diviseur de tension (R1, R2).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
la part de tension continue de la tension de la lampe étant estimée à l'aide de la
distance entre les passage par la valeur zéro de la tension de la lampe.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
la régulation (7, 8) de la puissance de la lampe s'effectuant de manière numérique.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
la régulation de la tension continue DC de la lampe s'effectuant de manière numérique.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
une valeur externe et fixée de variation d'intensité lumineuse étant prise en compte
pour la régulation de la puissance de la lampe.
10. Procédé selon la revendication 9,
dans lequel, en fonction de la valeur de la part de tension continue de la tension
de la lampe, la puissance de la lampe est augmentée à une valeur supérieure à la valeur
externe et fixée de variation d'intensité lumineuse.
11. Appareil d'alimentation pour commander au moins une lampe fluorescente (4) alimentée
par une tension alternative, présentant :
- un circuit (RDC, D) pour une superposition ciblée d'une tension continue à la lampe fluorescente
(4),
- un circuit (R1, R2, 5) pour une estimation de la tension de la lampe fluorescente
(4), et
- un circuit de régulation de la lampe (7, 8) pour une régulation du fonctionnement
de la lampe fluorescente (4) au moins avant l'allumage de la lampe fluorescente (4)
en prenant comme grandeur commandée l'estimation de la part de tension continue.
12. Appareil d'alimentation selon la revendication 1,
présentant :
- un circuit (RDC, D) pour une superposition ciblée d'une tension continue à la lampe fluorescente,
- un circuit pour une acquisition de la tension de la lampe fluorescente, et
- un circuit de régulation de la lampe pour une régulation de la puissance de la lampe
fluorescente, ledit circuit ayant comme grandeur d'entrée la part de tension continue
de la lampe fluorescente,
le circuit de régulation de la lampe étant configurer pour régler la puissance de
la lampe déjà avant l'allumage de la lampe fluorescente.
13. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 11 à 12,
la tension continue comme grandeur de réglage dépendant de l'état de fonctionnement
de la lampe (4) - comme par exemple pré-chauffage, allumage, ou fonctionnement.
14. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 11 à 13,
où des moyens maintiennent constante la résistance de la lampe.
15. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 11 à 14,
présentant un diviseur de tension (R1, R2) pour l'estimation de la part de tension
continue.
16. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 12 à 15,
la part de tension continue de la tension de la lampe étant estimée à l'aide de la
distance entre les passage par la valeur zéro de la tension de la lampe.
17. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 12 à 16,
présentant des moyens (8) pour une régulation numérique de la puissance de la lampe.
18. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 12 à 17,
présentant des moyens (8) pour une régulation numérique de la tension continue DC
de la lampe.
19. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 12 à 18,
le circuit de régulation de la lampe présentant une entrée pour une valeur externe
et fixée de variation d'intensité lumineuse.
20. Appareil d'alimentation selon l'une des revendications 12 à 19,
dans lequel, en fonction de la valeur de la part de tension continue de la tension
de la lampe, le circuit de régulation augmente la puissance de la lampe (4) à une
valeur supérieure à la valeur externe et fixée de variation d'intensité lumineuse.
21. Ballast électronique,
présentant un appareil d'alimentation selon l'une des revendications 12 à 20.
22. Moyen d'éclairage,
présentant un ballast électronique selon la revendication 21.