Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät mit
einer Dimmvorrichtung zur Steuerung der Lampenhelligkeit einer Niederdruckentladungslampe,
sowie auf ein Verfahren zur Steuerung der Lampenhelligkeit einer Niederdruckentladungslampe.
Stand der Technik
[0002] Elektronische Vorschaltgeräte zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen sind in
vielfältigen Ausführungen bekannt. I.d.R. enthalten sie eine Gleichrichterschaltung
zur Gleichrichtung einer Wechselspannungsversorgung und Aufladen eines häufig als
Glättungskondensator bezeichneten Kondensators. Die an diesem Kondensator anliegende
Gleichspannung dient zur Versorgung eines Wechselrichters bzw. Inverters (im Folgenden
Inverter), der die Niederdruckentladungslampe betreibt. Grundsätzlich erzeugt ein
Inverter aus einer gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung oder einer Gleichspannungsversorgung
eine Versorgungsleistung für die Lampe, die eine viel höhere Frequenz als die Netzfrequenz
aufweist. Ähnliche Vorrichtungen sind auch für andere Lampentypen bekannt, beispielsweise
in Form von elektronischen Transformatoren für Halogenlampen.
[0003] Dimmvorrichtungen zum Betrieb von elektronischen Vorschaltgeräten zur Helligkeitssteuerung
von Niederdruckentladungslampen sind an sich bekannt.
[0004] Eine bekannte Möglichkeit der Helligkeitssteuerung besteht dabei darin, über Regelung
der Amplitude des Lampenstromes die Lampenleistung und damit die Lampenhelligkeit
einzustellen. Dies kann über eine Annäherung oder Entfernung der Betriebsfrequenz
des Inverters von Resonanzfrequenzen des Lampe-Inverter-Systems erfolgen.
Darstellung der Erfindung
[0005] Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Hinblick auf die Lampenhelligkeitssteuerung
verbessertes elektronisches Vorschaltgerät anzugeben.
[0006] Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung
zur Steuerung der Helligkeit einer Niederdruckentladungslampe gelöst. Das elektronische
Vorschaltgerät ist ausgelegt zum Betrieb der Niederdruckentladungslampe mit periodisch
moduliertem Lampenstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung dazu ausgelegt
ist, den Lampenstrom zur Steuerung der Lampenhelligkeit wie folgt einzustellen:
- mit abnehmender Helligkeit werden sowohl die Maxima als auch die Minima der Einhüllenden
des Lampenstromes kleiner;
- bei weiter abnehmender Helligkeit wird die periodische Modulation der Einhüllenden
des Lampenstromes durch eine, optional Null entsprechende, untere Begrenzung (MIN)
der Lampenstromamplitude überlagert, so dass eine periodische Modulation der Einhüllenden
des Lampenstromes in Lampenstrompulspakete mit über der unteren Begrenzung (MIN) liegenden
Lampenstromamplituden entsteht,
- wobei mit weiter abnehmender Helligkeit die Pulspaketbreiten abnehmen und die Abstände
zwischen den Pulspaketen mit den begrenzten Lampenstromamplituden (MIN) zunehmen.
[0007] Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben
und werden im Folgenden näher erläutert. Die Offenbarung bezieht sich dabei stets
sowohl auf die Verfahrenskategorie als auch die Vorrichtungskategorie der Erfindung.
[0008] Zur Steuerung der Lampenhelligkeit sieht die Erfindung vor, dass der hochfrequente
Lampenstrom mit einem Modulationssignal amplitudenmoduliert und damit der mittlere
Lampenstrom variiert wird.
[0009] Ausgehend von maximaler Helligkeit der Niederdruckentladungslampe werden zur Verringerung
der Helligkeit zumindest die Minima und, zumindest ab einem bestimmten Helligkeitswert,
auch die Maxima der Einhüllenden verkleinert. Der Amplitudenunterschied zwischen den
Minima und den Maxima der Einhüllenden des Lampenstromes kann dabei über einen gewissen
Helligkeitsbereich konstant sein, muss es aber nicht. Vorzugsweise bleibt die Form
des Modulationssignals in diesem Helligkeitsbereich erhalten. Es ändert sich nur der
Gleichanteil des Modulationssignals.
[0010] Bei weiterer Verringerung der Helligkeit erreichen die Minima der Einhüllenden des
Lampenstromes eine untere Grenze. Diese untere Grenze wird von der Einhüllenden nicht
unterschritten. Die untere Grenze kann je nach Ausführungsform der Erfindung einen
positiven endlichen Wert annehmen oder aber auch auf Null gesetzt werden. Zwischen
den Phasen mit größerer Amplitude der Einhüllenden gibt es also Phasen, in denen die
Amplitude der Einhüllenden des Lampenstromes dem Wert der unteren Begrenzung entspricht.
[0011] Die Phasen, in denen die Amplitude der Einhüllenden größer ist als der Wert der unteren
Begrenzung, definieren "Pulspakete". Diese sind voneinander getrennt durch Phasen
mit minimaler Amplitude der Einhüllenden. Ein Pulspaket entspricht dabei einem zusammenhängenden
Zeitraum, in dem die Amplitude der Einhüllenden größer ist als der minimale Wert und
besteht aus mehreren hochfrequenten Lampenstromschwingungen. Zwischen den Pulspaketen
entspricht die Amplitude der Einhüllenden der unteren Begrenzung, es fließt also bei
positiver endlicher unterer Begrenzung ein hochfrequenter Lampenstrom. Ist die untere
Begrenzung auf Null gesetzt, fließt kein Lampenstrom.
[0012] Wird die Helligkeit weiter verringert, so nimmt die zeitliche Ausdehnung der Pulspakete
ab und die Abstände zwischen den Pulspaketen werden länger.
[0013] Zur Erhöhung der Helligkeit wird ausgehend von geringeren Helligkeiten das obige
Schema in umgekehrter Reihenfolge verwendet.
[0014] Beim Betrieb einer Niederdruckentladungslampe mit periodisch moduliertem Lampenstrom
wird die Niederdruckentladungslampe auf mehreren Arbeitspunkten der Lampenspannungs-/Lampenstromkennlinie,
also der Lampenkennlinie, betrieben. Während der Phasen mit geringerem Lampenstrom
liegt der Arbeitspunkt in einem steileren Bereich der Kennlinie mit höheren Spannungen,
während der Phasen mit größerem Lampenstrom liegt der Arbeitspunkt in einem flacheren
Bereich der Kennlinie mit geringeren Spannungen, vergleiche Figur 1 eher links bzw.
eher rechts.
[0015] Die Vorteile einer solchen Betriebsweise werden deutlich beim Vergleich zu einer
Helligkeitssteuerung mittels einer modulationsfreien Amplitudeneinstellung des Lampenstromes.
[0016] Bei geringen Helligkeiten fließen ohne Amplitudenmodulation kleine Lampenströme,
somit liegt der Arbeitspunkt in Figur 1 eher links auf der Lampenkennlinie. In diesem
Kennlinienbereich hängt die Lampenspannung stark von dem Lampenstrom ab. Wird die
Helligkeit weiter verringert, so nimmt auch der Lampenstrom weiter ab und die Lampenspannung
steigt sehr stark an. Vor allem im Bereich kleiner kontinuierlicher Lampenströme ist
die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom zudem sehr stark temperaturabhängig.
Bei größeren Lampenströmen ist die Lampenspannung nur schwach vom Lampenstrom abhängig.
[0017] Ab einer bestimmten Lampenspannung kann der Inverter die Lampenspannung nicht mehr
kontinuierlich zur Verfügung stellen.
[0018] Beim Betrieb einer Niederdruckentladungslampe mit periodisch moduliertem Lampenstrom
liegt während der Phasen mit größerem Lampenstrom der Arbeitspunkt in einem Bereich
geringerer Kennliniensteigung und niedrigerer Brennspannungen und während der Phasen
mit kleinerem Lampenstrom in einem Bereich größerer Kennliniensteigung und höherer
Lampenspannungen. Bei geringen Helligkeiten wird die Niederdruckentladungslampe periodisch
wiederkehrend nur kurz im kritischen Bereich kleiner Lampenströme betrieben, die Brennspannung
steigt dabei nur wenig an.
[0019] Damit können geringere Helligkeiten erreicht werden als mit unmoduliertem Strom,
weil in den Phasen mit größeren Lampenströmen genug Ladungsträger für die Entladung
bereitgestellt werden, und dadurch in Phasen mit sehr kleinen Lampenströmen eine vollständige
Rekombination der Ladungsträger vermieden wird.
[0020] Es kann Ausführungsformen der Erfindung geben, bei denen der Lampenstrom periodisch
gänzlich verschwindet. Dennoch bleiben Ladungsträger durch die periodisch wiederkehrenden
Maxima der Einhüllenden erhalten. So können sehr geringe Helligkeiten erreicht werden.
[0021] Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass eine endliche minimale Lampenstromamplitude
nicht unterschritten wird, die jedoch vorzugsweise so klein sein sollte, dass sie
lediglich eine rasche nachfolgende Amplitudenerhöhung erleichtert.
[0022] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Einhüllende zu großen Werten
hin begrenzt. Die Einhüllende überschreitet einen maximalen Wert nicht. Ausgehend
von geringen Helligkeiten heißt das, dass mit größer werdenden Maxima und Minima der
Einhüllenden des Lampenstromes zunächst die Maxima diese obere Grenze erreichen und
dann den entsprechenden Wert auch nicht weiter überschreiten. Eine weitere Steigerung
der Helligkeit kann erreicht werden durch eine Vergrößerung der Minima. Phasen mit
maximalem Wert der Einhüllenden werden von Minima in der Einhüllenden und deren Umgebung
unterbrochen. Die maximale Helligkeit ist erreicht, wenn die Amplitude der Einhüllenden
immer ihren der oberen Grenze entsprechenden maximalen Wert annimmt. Im Grunde handelt
es sich hier um ein spiegelbildliches Vorgehen im Verhältnis zu der oben erläuterten
unteren Begrenzung.
[0023] Beim Betrieb der Niederdruckentladungslampe mit moduliertem hochfrequenten Lampenstrom
wird vorzugsweise die ansteigende Flanke einer Phase mit größeren Lampenstromamplituden
im Vergleich zu der entsprechenden abfallenden Flanke relativ steil ausgeführt. Eine
schnelle Reduktion der Einhüllenden des Lampenstromes entspricht nicht der Eigendynamik
des Systems aus Inverter und Niederdruckentladungslampe. Weil noch viele Ladungsträger
im Entladungsraum der Niederdruckentladungslampe vorhanden sind, nimmt die Brennspannung
der Niederdruckentladungslampe nur langsam zu und der Inverter kann weiter Leistung
in die Niederdruckentladungslampe einkoppeln.
[0024] Ein Aufschwingen von kleinen Lampenströmen zu großen Lampenströmen ist jedoch innerhalb
weniger Lampenstromschwingungen schnell möglich, die ansteigenden Flanken der Modulation
können sehr steil ausgeführt werden. Bei kleinen Lampenströmen bedämpft die Niederdruckentladungslampe
den Inverter nur schwach, es können schlagartig hohe Spannungen erzeugt werden, die
einen großen Lampenstrom zur Folge haben. Dadurch kann nach Phasen mit relativ kleinem
Lampenstrom sehr schnell ein großer Lampenstrom aufgebaut werden.
[0025] Vorzugsweise ist eine Ausgestaltung der Erfindung dazu ausgelegt, die Einhüllende
des Lampenstromes sägezahnförmig oder verrundet sägezahnförmig zu modulieren, wobei
die steigende Flanke deutlich steiler als die fallende ist.
[0026] Das Verhältnis zwischen Spitzen- und Mittelwert des Lampenstromes, der Crest-Faktor,
kann bei geschickter Wahl des Amplitudenhubes der Einhüllenden des Lampenstromes klein
gehalten werden. Dies lässt eine längere Lebensdauer des Systems aus Niederdruckentladungslampe
und Inverter erwarten.
[0027] Vorzugsweise weist eine Ausgestaltung der Erfindung einen Signalgenerator zur Erzeugung
eines periodischen Signals und eine Schaltungsanordnung zur Beschränkung des periodischen
Signals auf. Das beschränkte periodische Signal wird als Führungsgröße zur Steuerung
der Modulation des Lampenstromes verwendet. Das Signal ist durch eine untere Schranke
und gegebenenfalls eine obere Schranke beschränkt. Der Frequenzgang und die Amplitude
des vom Signalgenerator erzeugten Signals sollen vorzugsweise an die jeweilige Ausgestaltung
der Erfindung angepasst werden können. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, die Frequenz
des vom Signalgenerator erzeugten Signals vom Arbeitsbereich, also dem mittleren Lampenstrom,
abhängig zu machen. Bei kleinen Lampenströmen kann es beispielsweise sinnvoll sein,
die Frequenz der Abfolge von Maxima und Minima der Einhüllenden des Lampenstromes
zu erhöhen, um den in der Entladung vorhandenen Ladungsträgern bei ohnehin geringerer
Ladungsträgerdichte weniger Zeit zur Rekombination zu geben.
[0028] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausgangssignal des Signalgenerators
mit der Phasenlage der beispielsweise in der Folge einer Gleichrichtung einer Netzspannung
niederfrequent schwankenden Versorgungsspannung des Inverters synchronisiert. Auf
diese Weise können eventuell als Flackern der Lampenhelligkeit wahrnehmbare Schwebungen
vermieden werden.
[0029] Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Inverter über einen Regelkreis
zu steuern. Dazu weist die Erfindung eine Messvorrichtung auf, welche den Lampenstrom
misst und in eine Regelgröße umwandelt. Alternativ kann diese Messvorrichtung auch
die Betriebsfrequenz des Inverters messen oder eine andere mit dem Lampenstrom zusammenhängende
Größe, um diese in eine Regelgröße umzuwandeln. Weiter ist ein Regler vorgesehen.
Der Regler erhält die Regelgröße der Messvorrichtung und ein Signal, welches zur gewünschten
Helligkeit in Beziehung steht, als Eingangssignal (Führungsgröße). Aus Regelgröße
und Führungsgröße bestimmt sich das Ausgangssignal des Reglers zur Steuerung des Inverters.
[0030] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung
zur Messung des Lampenwiderstandes vor, zum Beispiel in
EP 0 422 255 B1 beschrieben. Die Messgröße wird in eine Regelgröße, beispielsweise ein Spannungssignal,
umgewandelt und dient als zusätzliche Eingabe zum Regler. Bei einem sich stark erhöhenden
Widerstand der Entladungslampe kann der Regler den Inverter so ansteuern, dass ein
Abreißen der Gasentladung durch Erhöhen des Lampenstromes verhindert wird.
[0031] Da die Erfindung ohne zusätzliche Leistungsbauelemente im Lastkreis auskommen kann,
kann bei Bedarf kompakt gebaut werden. Daher eignet sich die Erfindung vorzugsweise
zur Integration des elektronischen Vorschaltgerätes in Niederdruckentladungslampen,
insbesondere Kompaktleuchtstofflampen (CFL).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0032] Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden. Die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen Kombinationen
erfindungswesentlich sein. Die vorstehende und die folgende Beschreibung beziehen
sich auf die Vorrichtungskategorie und die Verfahrenskategorie der Erfindung, ohne
dass dies im Einzelnen noch explizit erwähnt wird.
- Figur 1
- zeigt die Abhängigkeit der Lampenspannung einer erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe
vom Lampenstrom.
- Figuren 2 a-f
- zeigen den modulierten Lampenstrom bei verschiedenen Lampenhelligkeiten einer erfindungsgemäßen
Niederdruckentladungslampe.
- Figur 3
- zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung der Lampenhelligkeit.
- Figuren 4 a-f
- zeigen wie ein moduliertes Signal für den Betrieb einer Niederdruckentladungslampe
erfindungsgemäß generiert wird.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[0033] In Figur 1 ist die Lampenspannung einer erfindungsgemäßen Niederdruckentladungslampe
als Funktion des Lampenstromes dargestellt, also die Lampenkennlinie. Die Lampenspannung
nimmt ausgehend von einem Minimum bei maximalem Lampenstrom bei einer Reduzierung
des Lampenstromes zunächst nur mäßig zu; die Abhängigkeit der Lampenspannung vom Lampenstrom
ist gering: Helligkeitsbereich 1 in Figur 1. Bei einer weiteren Reduzierung des Lampenstromes
nimmt die Lampenspannung immer stärker zu; die Abhängigkeit der Lampenspannung vom
Lampenstrom wird zunehmend ausgeprägter: Helligkeitsbereiche 2 und 3 in Figur 1. Bei
Unterschreitung eines minimalen Lampenstromes reißt die Gasentladung ab, wenn die
erforderliche Spannung vom Inverter nicht kontinuierlich bereitgestellt werden kann.
Die begrenzte Ausgangsspannung des Inverters definiert also den minimalen Lampenstrom,
mit dem die Lampe noch kontinuierlich betrieben werden kann, und damit die minimale
Helligkeit der Lampe bei unmoduliertem Lampenstrom.
[0034] In Anlehnung an Figur 1 und zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Idee, wird
der gesamte Helligkeitsbereich in drei Helligkeitsbereiche unterteilt.
[0035] In einem ersten Helligkeitsbereich zwischen maximal möglicher Helligkeit und einer
mittleren Helligkeit wird bei abnehmender Helligkeit der Lampenstrom sägezahnförmig
moduliert, wobei der Amplitudenhub der sägezahnförmigen Modulation mit geringer werdender
Helligkeit zunimmt und die Maxima des Sägezahns durch eine obere Begrenzung "abgeschnitten"
sind.
[0036] Figur 2 a zeigt den Lampenstrom knapp unterhalb der maximalen Helligkeit, Figur 2
b zeigt den Lampenstrom bei einer geringeren Helligkeit als Figur 2 a. Man sieht,
dass sich der Amplitudenhub der sägezahnförmigen Modulation ändert.
[0037] Anschließend an das Ende des ersten Helligkeitsbereiches wird die Helligkeit in einem
zweiten Bereich weiter reduziert. Der Amplitudenhub der sägezahnförmigen Modulation
wird nicht verändert, jedoch nehmen der Gleichanteil der Modulation und der Effektivwert
des Lampenstromes durch Verringerung der maximalen Lampenstromamplitude weiter ab,
wie die Figuren 2 c and 2 d zeigen.
[0038] Figur 2 c zeigt den Lampenstrom knapp an der Grenze zum ersten Helligkeitsbereich,
Figur 2 d zeigt den Lampenstrom bei einer geringeren Helligkeit als Figur 2 c.
[0039] An den zweiten Helligkeitsbereich schließt sich ein dritter Helligkeitsbereich an.
Dieser erstreckt sich bis zur minimalen Helligkeit. Die maximale Amplitude des Lampenstromes
wird weiter reduziert, wobei der Hub der sägezahnförmigen Modulation abnimmt und der
Sägezahn bei Werten unterhalb der unteren Begrenzung abgeschnitten wird. Zwischen
den Maxima der Einhüllenden des Lampenstromes nehmen die Lampenstromamplituden einen
vorgebbaren minimalen Wert (MIN) an. Dadurch nimmt die Einhüllende des Lampenstromes
eine gepulste Gestalt an. Jede Phase, in der die Amplitude der Einhüllenden einen
größeren Wert annimmt als den minimalen Wert (MIN), definiert ein Pulspaket. Je weiter
die maximale Stromamplitude und damit der Hub reduziert wird, desto länger sind die
Zeiten mit den minimalen Lampenstromamplituden. Die minimalen Lampenstromamplituden
können sehr klein und sogar identisch Null sein, so dass kein oder nahezu kein Lampenstrom
fließt. Mit abnehmender Helligkeit werden die Amplituden in den Pulspaketen kleiner,
die Pulspaketdauern geringer und die Abstände zwischen den Pulspaketen größer. Die
Frequenz des Modulationssignals kann dabei ansteigen.
[0040] Figur 2 e zeigt den Lampenstrom bei einer Helligkeit nahe an der Grenze zum zweiten
Helligkeitsbereich; Figur 2 f zeigt den Lampenstrom bei einer geringeren Helligkeit.
[0041] Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung der Lampenhelligkeit.
Zur Steuerung der Lampenhelligkeit wird ein erstes Signal DL verwendet, welches sich
zur gewünschten Helligkeit streng monoton verhält. Dieses Signal wird einem Sägezahngenerator
STG zugeführt. Der Sägezahngenerator STG kann als selbstoszillierende Schaltung ausgeführt
sein.
[0042] Das Signal DL bestimmt den Gleichanteil des Sägezahnsignals, beispielsweise kann
DL proportional zum Gleichanteil des Sägezahnsignals sein. Der Sägezahngenerator erzeugt
ein Signal ST, welches einer Klemmschaltung zugeführt wird. Die Klemmschaltung CL
stellt ein Ausgangssignal RV bereit das nach oben und unten begrenzt ist. Nimmt ST
Werte an, die größer als der Wert MAX sind, so wird das Ausgangssignal RV auf den
Wert MAX beschränkt (geklemmt). Nimmt ST Werte an, die kleiner als der Wert MIN sind,
so wird RV auf den Wert MIN beschränkt (geklemmt). Das ursprüngliche Signal ST kann
auch komplett oberhalb des Wertes MAX oder unterhalb des Wertes MIN liegen. In diesen
Fällen entspricht die Ausgabe RV der Klemmschaltung CL einem konstanten Signal mit
dem Wert MAX bzw. MIN.
[0043] Das geklemmte Sägezahnsignal RV wird als Führungsgröße einem Regler REG zugeführt.
Der Regler REG kann als PI-Regler ausgeführt sein.
[0044] Der Regler REG steuert über sein Ausgangssignal MV die Betriebsfrequenz des Inverters
INV, welcher die Niederdruckentladungslampe betreibt. Weiter stellt der Inverter INV
eine Größe CV zur Verfügung, welche von dem Lampenstrom abhängt. Die Größe CV kann
dabei insbesondere der Lampenstrom selbst oder die Betriebsfrequenz des Inverters
sein.
[0045] Die Messeinrichtung ME erzeugt aus der Größe CV ein Signal AV, welches dem Regler
REG als Regelgröße zugeführt wird.
[0046] Der minimale Wert der Führungsgröße RV für den Regler REG entspricht dem Wert MIN.
Der Wert MIN sollte aus regelungstechnischer Sicht vorzugsweise nicht zu klein gewählt
werden. Der Regler REG sollte immer in einem aktiven Betriebszustand gehalten werden,
anstatt sein Ausgangssignal auf einen durch die Versorgungsspannung des Reglers REG
bedingten Endwert sinken (steigen) zu lassen. Dadurch können größere Einschwingvorgänge
bei steigender (fallender) Flanke des sägezahnförmigen Modulationssignals vermieden
werden.
[0047] Die Figuren 4 a-f zeigen die Veränderung des Sägezahnsignals ST und der Führungsgröße
RV zur Ansteuerung des Reglers REG bei einer Veränderung der gewünschten Helligkeit
von knapp unterhalb der maximalen Helligkeit bis zu einer geringen Helligkeit. Nahe
der maximalen Helligkeit liegt ein großer Teil des Sägezahnsignals über dem Maximalwert
MAX. Diejenigen Teile des Sägezahnsignals, welche oberhalb des Wertes MAX liegen,
werden auf den Wert MAX geklemmt. Die Klemmvorrichtung CL erzeugt die Führungsgröße
RV, welche zum großen Teil dem Maximalwert MAX entspricht. Zu den Zeiten, zu denen
das Signal ST kleiner ist als der Wert MAX, entspricht die Führungsgröße RV dem Signal
ST, wie Figur 4 a zeigt. Wird die gewünschte Helligkeit verringert, so verringert
sich auch der Gleichanteil der Sägezahnspannung ST. Der Hub der Amplitudenmodulation
der Regelgröße RV wird größer, allerdings nur bis zu einem maximalen Wert, welcher
dem Hub des Sägezahnsignals ST entspricht, wie Figur 4 b zeigt.
[0048] Wird der Gleichanteil der Sägezahnspannung weiter verringert, so ändert sich zunächst
einmal nicht der Hub der Modulation der Führungsgröße RV, sondern deren Gleichanteil,
wie die Figuren 4 c und d zeigen.
[0049] Bei weiterer Reduzierung der Helligkeit treten Phasen auf, in denen das Sägezahnsignal
ST unter den durch den Wert MIN definierten Minimalwert für die Führungsgröße RV sinkt.
Während dieser Phasen wird die Führungsgröße RV von der Klemmschaltung CL auf den
minimalen Wert MIN geklemmt. Die Phasen mit abnehmendem Gleichanteil des Sägezahnsignals
ST werden länger, wie die Figuren 4 e und f zeigen. Ist das Sägezahnsignal ST immer
kleiner als der Wert MIN, so entspricht die Führungsgröße RV dem Wert MIN.
[0050] Üblicherweise wird bei einer Versorgung des Inverters mit einer Zwischenkreisspannung
diese nicht zeitlich konstant sein, sondern der Periodizität des Versorgungsnetzes
entsprechende Schwankungen aufweisen. Die Frequenz des Modulationssignals ist viel
größer. Es können dadurch Schwebungen entstehen, welche als Flackern der Niederdruckentladungslampe
wahrgenommen werden können. Um dies zu verhindern kann die Phasenlage des Sägezahnsignals
mit der Phasenlage der Netzfrequenz synchronisiert werden. Beispielsweise kann durch
eine geeignete Schaltung erreicht werden, dass immer zum Zeitpunkt des Netzmaximums
eine steigende Flanke des Sägezahnsignals erzeugt wird.
[0051] Die Größe des Signals MIN soll möglichst klein gehalten werden, um zu möglichst geringen
Helligkeiten gelangen zu können. Mit einem kleinen Signal DL bzw. MIN steigt das Risiko
eines Erlöschens der Entladung. Um das zu verhindern, kann die aus
EP 0 422 255 B1 bekannte Schaltung verwendet werden, um den Entladungswiderstand zu messen. Steigt
dieser stark an, steht ein Abriss der Entladung unmittelbar bevor. Basierend auf der
Kenntnis des Entladungswiderstandes kann dem Regler REG eine zusätzliche Regelgröße
zugeführt werden, so dass bei einem drohenden Erlöschen der Lampe der Lampenstrom
erhöht wird.
1. Elektronisches Vorschaltgerät mit einer Dimmvorrichtung zur Steuerung der Helligkeit
einer Niederdruckentladungslampe, ausgelegt zum Betrieb mit periodisch moduliertem
Lampenstrom,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung dazu ausgelegt ist, den Lampenstrom zur Steuerung der Lampenhelligkeit
wie folgt einzustellen:
- mit abnehmender Helligkeit werden sowohl die Maxima als auch die Minima der Einhüllenden
des Lampenstromes kleiner;
- bei weiter abnehmender Helligkeit wird die periodische Modulation der Einhüllenden
des Lampenstromes durch eine, optional Null entsprechende, untere Begrenzung (MIN)
der Lampenstromamplitude überlagert, so dass eine periodische Modulation der Einhüllenden
des Lampenstromes in Lampenstrompulspakete mit über der unteren Begrenzung (MIN) liegenden
Lampenstromamplituden entsteht,
- wobei mit weiter abnehmender Helligkeit die Pulspaketbreiten abnehmen und die Abstände
zwischen den Pulspaketen mit den begrenzten Lampenstromamplituden (MIN) zunehmen.
2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, bei dem die Dimmvorrichtung so ausgelegt
ist, dass die untere Begrenzung (MIN) einem positiven Wert der Einhüllenden des Lampenstromes
entspricht.
3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dimmvorrichtung
so ausgelegt ist, dass die Einhüllende des Lampenstromes bei großer und maximaler
Helligkeit durch einen maximalen Wert (MAX) beschränkt ist.
4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Dimmvorrichtung
so ausgelegt ist, dass die jeweils ansteigenden Flanken der periodischen Modulation,
verglichen mit den jeweils abfallenden Flanken, steil ausgeführt werden.
5. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 4, bei dem die Dimmvorrichtung dazu ausgelegt
ist, die Einhüllende des Lampenstromes zur Steuerung der Helligkeit sägezahnförmig
oder verrundet sägezahnförmig zu modulieren.
6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die
Dimmvorrichtung einen Signalgenerator (STG) zur Erzeugung eines periodischen Signals
(ST) für die Modulation des Lampenstromes und eine Schaltungsanordnung (CL) zur Beschränkung
des periodischen Signals (ST) entsprechend gegebenenfalls einer maximalen und der
minimalen Schranke (MAX, MIN) aufweist.
7. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die
Dimmvorrichtung einen Signalgenerator (STG) zur Erzeugung eines periodischen Signals
(ST) für die Modulation des Lampenstromes und eine Vorrichtung zur Synchronisierung
des periodischen Signals mit der Versorgungsspannung eines Inverters (INV) zur Erzeugung
des Lampenstromes aufweist, wobei das Ausgangssignal des Signalgenerators (STG) mit
der Phasenlage der niederfrequent schwankenden Versorgungsspannung des Inverters (INV)
synchronisiert wird.
8. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit
- einem Inverter (INV) zur Erzeugung des Lampenstromes,
- einer Messvorrichtung (ME) zur Messung des Lampenstromes oder einer vom Lampenstrom
abhängigen Größe und zur Erzeugung einer Regelgröße (AV),
- einem von der Dimmvorrichtung gesteuerten Regler (REG) zur Steuerung des Inverters
(INV).
9. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 8 mit einer Einrichtung zum Verhindern
des Abreißens der Gasentladung, welche ausgelegt ist zur Messung des Lampenwiderstandes
und zur Umwandlung des Lampenwiderstandes in eine zusätzliche Regelgröße.
10. Niederdruckentladungslampe mit integriertem elektronischem Vorschaltgerät nach einem
der vorhergehenden Ansprüche.
11. Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Niederdruckentladungslampe mittels eines
elektronischen Vorschaltgerätes mit einer Dimmvorrichtung, ausgelegt zum Betrieb mit
periodisch moduliertem Lampenstrom,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Lampenhelligkeit die Dimmvorrichtung den Lampenstrom wie folgt
einstellt:
- mit abnehmender Helligkeit werden sowohl die Maxima als auch die Minima der Einhüllenden
des Lampenstromes kleiner;
- bei weiter abnehmender Helligkeit wird die periodischen Modulation der Einhüllenden
des Lampenstromes durch eine, optional Null entsprechende, untere Begrenzung (MIN)
der Lampenstromamplitude überlagert, so dass eine periodische Modulation der Einhüllenden
des Lampenstromes in Lampenstrompulspakete mit über der unteren Begrenzung (MIN) liegenden
Lampenstromamplituden entsteht,
- wobei mit weiter abnehmender Helligkeit die Pulspaketbreiten abnehmen und die Abstände
zwischen den Pulspaketen mit den begrenzten Lampenstromamplituden (MIN) zunehmen.
12. Verfahren nach Anspruch 11 unter Verwendung eines Vorschaltgerätes nach einem der
Ansprüche 1 bis 10.