Elektronisches Lampenvorschaltgerät mit Heizschaltung

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Lampenvorschaltgerät (EVG) zum Wechselstrombetrieb einer oder mehrerer Leuchtstofflampen, das über eine integrierte Heizschaltung zum Beheizen von Wendelelektroden (W₁, W₂) mindestens einer an das EVG angeschlossenen Leuchtstofflampe (LA) verfügt. Die Heizschaltung weist dabei einen Heiztransformator (HzTr bzw. HzTr') auf, dessen Sekundärseite (L_s1, L_s2 bzw. L_s1', L_s2') mit wenigstens einer Wendelelektrode (W₁ und/oder W₂) verbunden ist und der eine mit dieser Sekundärseite (L_s1, L_s2 bzw. L_s1', L_s2') magnetisch gekoppelte, mit Spannung (U_WR) versorgte Primärseite (L_p1, L_p2 bzw. L_p1', L_p2') aufweist. Dabei können an der Primärseite (Lp₁', L_p2') wenigstens zwei Anzapfstellen zur Bereitstellung unterschiedlicher, durch den Heiztransformator (HzTr') übertragener Heizleistungen (P_H1, P_H2) oder mehrere über einen gemeinsamen Kern magnetisch gekoppelte Spulen vorgesehen sein, welche alternativ oder kombiniert aktivierbar sind, um unterschiedliche Heizleistungen (P_H1, P_H2 bzw. P_H1+P_H2) bereitzustellen. Die aktuelle Heizleistungsstufe (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) kann dabei abhängig vom Typ, Betriebszustand und/oder Dimmzustand der angeschlossenen Lampe (LA) gewählt werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Lampenvorschaltgerät (EVG) zum Betrieb einer oder mehrerer Leuchtstofflampen, das über eine integrierte Heizschaltung zum Beheizen von Wendelelektroden mindestens einer an das EVG angeschlossenen Leuchtstofflampe verfügt.

[0002] Ein elektronisches Lampenvorschaltgerät für Leuchtstofflampen mit beheizbaren Wendelelektroden ist beispielsweise in EP 1 176 851 A1 beschrieben. Zur Versorgung der Wendelelektroden mit Heizenergie dient ein Heiztransformator mit Kern, welcher sekundärseitig Energie an die Wendelelektroden abgibt und primärseitig seine Energie aus der von einer Wechselrichter-Halbbrückenschaltung bereitgestellten Wechselspannung bezieht.

[0003] In DE 295 14 817 U1 ist ein elektronisches Lampenvorschaltgerät offenbart, das zum Betrieb mindestens einer Niederdruck-Entladungslampe geeignet ist. Das hierin beschriebene EVG verfügt über einen Heiztransformator, der primärseitig über eine Wechselrichter-Halbbrückenschaltung mit Wechselspannung versorgt wird und sekundärseitig mit den Wendelelektroden einer an das EVG angeschlossenen Niederdruck-Entladungslampe verbunden ist. Das Tastverhältnis des durch die Primärwicklung des Heiztransformators fließenden, von der Wechselrichter-Halbbrückenschaltung bereitgestellten Rechteckstroms wird dabei durch einen in Serie zu der Primärwicklung geschalteten, über einen Pulsweitenmodulator angesteuerten Leistungstransistor moduliert, wobei die Frequenz des zu diesem Zweck von dem Pulsbreitenmodulator bereitgestellten Steuersignals wesentlich geringer ist als die Frequenz der Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichters.

[0004] EP 0 748 146 A1 bezieht sich auf eine ein elektronisches Lampenvorschaltgerät umfassende Schaltungsanordnung zum Vorheizen der Wendelelektroden mindestens einer an das EVG angeschlossenen wechselstrombetriebenen Leuchtstofflampe. An den Ausgang einer zur Spannungsversorgung der Lampe dienenden Wechselrichterhalbbrücke ist dabei eine die Primärwicklung eines Heiztransformators und einen zu der Primärwicklung in Serie geschalteten steuerbaren Halbleiter-Leistungsschalter umfassende Heizschaltung angeschlossen, welche die zum Vorheizen der Wendeln benötigte Heizenergie über zwei getrennte Sekundärwicklungen des Heiztransformators in zwei voneinander unabhängige Lastkreise überträgt, in denen sich die jeweiligen Wendelelektroden befinden.

[0005] Ein weiteres elektronisches Lampenvorschaltgerät mit einem integrierten Heizkreis zum Vorheizen der Wendelelektroden mindestens einer an das EVG angeschlossenen wechselstrombetriebenen Leuchtstofflampe ist in EP 0 707 438 A2 offenbart. Der Heizkreis umfasst dabei einen primärseitig mit dem Ausgang einer Wechselrichter-Halbbrückenschaltung verbundenen Heiztransformator mit zwei getrennten Sekundärwicklungen, der zur Übertragung einer zum Vorheizen der Wendelelektroden benötigten, von der Wechselrichterhalbbrücke bereitgestellten Heizenergie in zwei voneinander unabhängige Lastkreise, in welchen sich die einzelnen Wendelelektroden befinden, dient.

[0006] DE 10 2004 009 995 A1 beschreibt ein elektronisches Lampenvorschaltgerät zum Wechselstrombetrieb einer Leuchtstofflampe, das eine eingangsseitig mit einer Gleichspannungsquelle verbundene Wechselrichterhalbbrücke, einen an die Wechselrichterhalbbrücke angeschlossenen Lastkreis, in dem sich die Lampenwendeln befinden, sowie einen zum Beheizen der Lampenwendeln dienenden Heiztransformator umfasst, bestehend aus einer Primärwicklung sowie zwei mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten Sekundärwicklungen, die jeweils in Serie zu den beiden Lampenwendeln geschaltet sind. Die über den Wechselrichter mit Wechselstrom versorgte Primärwicklung des Heiztransformators ist dabei in einem Zwischenkreis angeordnet, der eine einstellbare Impedanz aufweist. Im Dimmbetrieb erfolgt eine Anpassung der an die Lampenwendeln übertragenen Heizleistung dadurch, dass die Impedanz dieses Zwischenkreises verändert wird.

[0007] Ein weiteres elektronisches Lampenvorschaltgerät sowie ein zugehöriges Verfahren zum Vorheizen und Zünden einer Leuchtstofflampe sind in GB 2 337 644 offenbart. Die hierin beschriebene Schaltungsanordnung weist eine einen Heiztransformator mit zwei getrennten Sekundärwicklungen umfassende Heizschaltung auf, über die die beiden Wendelelektroden der Lampe unabhängig voneinander mit Heizenergie versorgt werden, sowie einen über ein Zeitschaltglied angesteuerten, zu der Primärwicklung des Heiztransformators in Serie geschalteten ersten Halbleiter-Leistungsschalter, mit dem zwischen zwei Anzapfstellen einer zur Bereitstellung der Heizenergie dienenden Sekundärwicklung eines primärseitig mit dem Ausgang eines selbsterregten Gegentakt-Sinuswandlers induktiv gekoppelten Leistungsübertragers umgeschaltet werden kann.

AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

[0008] Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik, ist die vorliegende Erfindung der Aufgabe gewidmet, eine anpassbare Heizschaltung bereitzustellen.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsbeispiele, die den der Erfindung zugrunde liegende Grundgedanken in vorteilhafter Weise weiterbilden, sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0010] Die Aufgabe wird bspw. durch eine zum Beheizen von Wendelelektroden von Leuchtstofflampen vorgesehene Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst, welche einen Heiztransformator aufweist, dessen Sekundärseite mit wenigstens einer Wendelelektrode verbunden ist und der eine mit dieser Sekundärseite magnetisch gekoppelte, mit Spannung versorgte Primärseite aufweist. Dabei ist die Primärseite zur Bereitstellung unterschiedlicher, durch den Heiztransformator übertragener Heizleistungen ausgelegt.

[0011] Durch Massnahmen seitens der Primärseite kann somit die Heizschaltung auch im Betrieb an unterschiedliche Bedingungen bzgl. des Betriebszustands, des Dimmzustands, anliegender Eingangsspannungen und/oder unterschiedliche Lampentypen angepasst werden.

[0012] Dabei können an der Primärseite erfindungsgemäß mehrere magnetisch gekoppelte Spulen vorgesehen sein, welche alternativ oder kombiniert aktivierbar sind. Auch eine Ausgestaltung in Form eines Spartransformators ist möglich.

[0013] Alternativ bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine zum Beheizen von Wendelelektroden von Leuchtstofflampen vorgesehene Schaltung, die einen Heiztransformator aufweist, dessen Sekundärseite mit wenigstens einer Wendelelektrode verbunden ist und der eine mit dieser Sekundärseite magnetisch gekoppelte, mit Spannung versorgte Primärseite aufweist. Dabei sind an der Primärseite mehrere magnetisch gekoppelte Spulen vorgesehen, die alternativ oder kombiniert aktivierbar sind, um unterschiedliche Heizleistungen bereitzustellen.

[0014] Die Primärseite des Heiztransformators wird hierbei über den Mittenpunkt einer Wechselrichter-Halbbrückenschaltung mit einer Wechselspannung zum Betrieb einer an die Schaltung angeschlossenen Lampe versorgt.

[0015] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Betriebsgerät für Leuchtstofflampen, welches eine Schaltung gemäß einer der beiden vorstehend beschriebenen Alternativen aufweist. Das Betriebsgerät kann dabei eine Steuerschaltung umfassen, die die zu den Wendelelektroden übertragene Heizleistung abhängig vom Betriebs- und/oder Dimmzustand einer angeschlossenen Lampe einstellt. Darüber hinaus kann das Betriebsgerät auch eine Steuerschaltung aufweisen, die die Heizleistung abhängig vom Typ einer angeschlossenen Lampe einstellt und/oder abhängig von der Erfassung eines Parameters einstellt, der die Betriebstemperatur der Wendelelektroden wiedergibt.

[0016] Dabei kann das Betriebsgerät auch zum Dimmen einer oder mehrerer an einen Ausgangsanschluss des Betriebsgeräts angeschlossener Leuchtstofflampen ausgelegt sein.

[0017] Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Beheizen von Wendelelektroden von Leuchtstofflampen mit Hilfe eines Heiztransformators, dessen Sekundärseite mit wenigstens einer Wendelelektrode verbunden ist und der eine magnetisch mit dieser Sekundärseite gekoppelte, mit Spannung versorgte Primärseite aufweist. Das Verfahren weist dabei den Schritt der Einstellung einer von mehreren Heizleistungsstufen durch selektive Aktivierung der Primärseite des Heiztransformators auf.

[0018] Alternativ ist die vorliegende Erfindung einem Verfahren zum Heizen von Wendelelektroden von Leuchtstofflampen mit Hilfe eines Heiztransformators gewidmet, dessen Sekundärseite mit wenigstens einer Wendelelektrode verbunden ist und der eine magnetisch mit dieser Sekundärseite gekoppelte, mit Spannung versorgte Primärseite aufweist. Das Verfahren weist dabei den Schritt der Einstellung einer von mehreren Heizleistungsstufen durch selektive Aktivierung einer oder mehrerer magnetisch gekoppelter, die Primärseite des Heiztransformators bildender Spulen auf.

[0019] Dabei kann vorgesehen sein, dass nach Einstellen der niedrigsten Heizleistungsstufe ein Parameter erfasst wird, der die Wendeltemperatur wiedergibt. Falls die Wendeltemperatur noch nicht ausreichend ist, wird erfindungsgemäß eine höhere Heizleistungsstufe ausgewählt. Die aktuelle Heizleistungsstufe kann darüber hinaus abhängig vom Betriebszustand und/oder vom Dimmzustand der an die vorgenannte Schaltung angeschlossenen Lampe gewählt werden oder abhängig vom Typ der angeschlossenen Lampe.

[0020] Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf eine elektronische Steuereinheit, die zur Unterstützung eines der oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0021] Weitere Eigenschaften, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung werden nunmehr, Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen, anhand einer detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1

eine Prinzipskizze eines elektronischen Lampenvorschaltgeräts zum Betrieb einer Leuchtstofflampe mit einem Heizstromregelkreis zur Regelung der zum Vorheizen mindestens einer der beiden Lampenwendeln erforderlichen Heizleistung,

Fig. 2

ein elektronisches Lampenvorschaltgerät zum Wechselstrombetrieb einer Leuchtstofflampe nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem zur Bereitstellung von Heizenergie an die Wendelelektroden der Lampe dienenden Heiztransformator,

Fig. 3

ein Strom-Zeit-Diagramm, das den zeitlichen Verlauf des durch eine der Wendelelektroden fließenden Vorheizstroms im Durchlassbetrieb bzw. im Sperrbetrieb des zum Zuschalten eines der beiden primärseitigen Wicklungen des Heiztransformators verwendeten steuerbaren Halbleiter-Leistungsschalter,

Fig. 4

ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5

ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 6

ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0022] Im Folgenden werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 3 im Detail beschrieben.

[0023] In Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines elektronischen Lampenvorschaltgeräts zum Betrieb einer Leuchtstofflampe LA dargestellt, das über eine Heizschaltung für mindestens einer der beiden Lampenwendeln W₁ bzw. W₂ verfügt.

[0024] Die Heizschaltung weist dabei einen Heiztransformator HzTr' auf, dessen Sekundärseite L_s1', L_s2', mit wenigstens einer Wendelelektrode W₁, W₂ verbunden ist. Der Heiztransformator weist weiterhin eine mit dieser Sekundärseite L_s1', L_s2' magnetisch gekoppelte Primärseite (Lp₁', Lp_2') auf.

[0025] Die Heizschaltung kann schliesslich auch einen Heizstromregelkreises HRK aufweisen.

[0026] Im Vorwärtszweig dieses Heizstromregelkreises HRK befindet sich wenigstens ein Leistungsstellglied, welches zur Einstellung der übertragenen Heizleistung durch Zugriff auf die Primärseite des Heiztransformators dient.

[0027] Die Einstellung der durch den Heiztransformators übertragenen Heizleistung kann bspw. in Abhängigkeit von einer Stellgröße StG erfolgen, die von einem Datenausgang Data OUT einer digitalen Regelungs- und Steuerungseinrichtung (R&S-Modul) geliefert wird. Der Regelungs- und Steuerungseinrichtung wird dabei über einen Dateneingang Data IN₁ ein Messwert einer über einen Lastkreis des elektronischen Lampenvorschaltgeräts abgegriffenen Regelgröße RG (Istwert) zugeführt, in welchem sich eine der beiden Lampenwendeln W₁ bzw. W₂ befindet. Der Messwert gibt indirekt oder direkt die Wendeltemperatur wieder.

[0028] Bei diesem Messwert kann es sich zum Beispiel um eine Spannung U _M handeln, die zu dem durch eine der beiden Lampenwendeln (W₂) fließenden Wendelstrom I _W2 proportional ist und damit eine Aussage über den temperaturabhängigen Wirkwiderstand R_W2 (ϑ _W2) der betreffenden Lampenwendel W₂ und deren Betriebstemperatur ϑ _W2 liefert.

[0029] Die Regelungs- und Steuerungseinrichtung regelt die Stellgröße StG hierbei abhängig von dem an dem Dateneingang Data IN₁ anliegenden Messwert der Regelgröße RG sowie einer Führungsgröße FG (Sollwert) für die im Heizbetrieb an mindestens eine der beiden Lampenwendeln W₁ bzw. W₂ zu übertragende Heizleistung P_H1 bzw. P_H2.

[0030] Der Sollwert kann dabei bspw. von folgenden Parametern abhängen (nicht-abschliessende Aufzählung), die jeweils direkt oder indirekt erfasst und der Regelungs- und Steuerungseinrichtung zugeführt werden können:

• Betriebszustand der Lampe (bspw. Vorheizen oder Zuheizen während des Brennbetriebs),
• Dimmzustand der Lampe (stärkeres Heizen bei Betrieb bei niedrigen Dimmwerten),
• Höhe der anliegenden Eingangsspannung, und/oder
• Lampentyp (ggf. automatische Lampentyperkennung bspw. Über den Wendelwiederstand oder andere elektr. Eigenschaften der Lampe).

[0031] In Fig. 2a ist eine schaltungstechnische Realisierung eines elektronischen Lampenvorschaltgeräts zum Wechselstrombetrieb einer Leuchtstofflampe LA nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches eine Heizschaltung mit einem Heizstromregelkreis HRK wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben enthält.

[0032] Das in Fig. 2 skizzierte elektronische Lampenvorschaltgerät verfügt dabei über eine Wechselrichter-Halbbrückenschaltung DC/AC, bestehend aus zwei zueinander in Serie geschalteten, alternierend mit einer festen oder einer einstellbaren Frequenz angesteuerten Halbleiter-Leistungsschaltern T₁ und T₂, die eine zur Spannungsversorgung der Lampe LA dienende Wechselspannung U_WR bereitstellt. Die Frequenz dieser Wechselspannung kann zur Einstellung der Lampenleistung gesteuert werden.

[0033] Der Wechselrichterhalbbrücke DC/AC wird dabei über einen Speicherkondensator C₁ eine von einem Funkentstörfilter TPF und Netzgleichrichter AC/DC geglättete und gleichgerichtete Netzwechselspannung U_e1 als Zwischenkreisspannung U_c1 zugeführt. Das aus dem Verbindungsknoten zwischen den beiden steuerbaren Halbleiter-Leistungsschalter T₁ und T₂ und dem Masseknoten des EVGs gebildete Ausgangstor der Wechselrichterhalbbrücke DC/AC ist über einen aus einer Resonanzinduktivität L und einer Resonanzkapazität C₂ bestehenden Serienresonanzkreis sowie über einen (optionalen) Koppelkondensator C₃ zur Entkopplung des Gleichspannungsanteils der der Lampe LA zugeführten Versorgungsspannung U_WR verbunden, über die die einzelnen Wendeln W₁ und W₂ der Gasentladungsladungslampe LA mit Heizenergie versorgt werden.

[0034] Die Zwischenkreisspannung U_C1 wird dabei durch ein alternierend durchgeführtes Ein- und Ausschalten der beiden Halbleiter-Leistungsschalter T₁ und T₂ der Wechselrichterhalbbrücke DC/AC in eine hochfrequente Wechselspannung umgewandelt, die von dem Wechselrichter an den Serienresonanzkreis abgegeben wird.

[0035] Es ist vorgesehen, dass zumindest eine der beiden Lampenwendeln W₁ und W₂ vor und/oder nach dem Zünden der Lampe auf eine bestimmte vorgebbare Betriebstemperatur vorgeheizt bzw. zusätzlich beheizt wird. Zu diesem Zweck verfügt das in Fig. 2a dargestellte elektronische Lampenvorschaltgerät über einen oder wie dargestellt zwei getrennte Heizkreise HzK₁ und HzK₂, über die die beiden Wendelelektroden W₁ und W₂ auf eine Soll- Betriebstemperatur ϑ _W geheizt werden.

[0036] Ein primärseitig in die beiden jeweiligen Heizkreise HzK₁ bzw. HzK₂ integrierter und über einen weiteren (optionalen) Koppelkondensator C₄ mit der Wechselrichterausgangsspannung U_WR gespeister Heiztransformator HzTr mit einer Sekundärwicklung oder zwei galvanisch getrennten Sekundärwicklungen L_s1 und L_s2 dient dabei zur Bereitstellung der im Vorheizbetrieb erforderlichen Heizenergie durch induktive Einkopplung. Die Sekundärseite ist als mit den Wendelelektroden verbunden.

[0037] Die Primärseite dieses Heiztransformators besteht erfindungsgemäß aus wenigstens zwei bspw. über einen gemeinsamen Ferritkern magnetisch gekoppelten Primärwicklungen L_p1 und L_p2, die alternativ oder additiv aktivierbar sind. Je nach Aktivierung können somit unterschiedliche Heizleistungsstufen gewählt werden.

[0038] Eine der Primärwicklungen L_p1 ist bspw. über einen in Serie zu einer als Einweggleichrichter wirkenden Diode D₃ geschalteten, steuerbaren Halbleiter-Leistungsschalter T₃ selektiv zu der anderen Primärwicklung zuschaltbar. Bei dem Leistungsschalter kann es sich beispielsweise um einen von einer Heizstromregelungseinrichtung des R&S-Moduls angesteuerten Feldeffekttransistor handeln, der durch eine entsprechende Ansteuerung seiner Gate-Elektrode in einen niederohmigen Zustand geschaltet werden kann (Durchschaltbetrieb), woraufhin die betreffende Primärwicklung L_p1 zugeschaltet wird.

[0039] Vorzugsweise wird der Heizbetrieb insbesondere beim Vorheizen mit niedriger Heizleistung begonnen und die Heizleistung erhöht, wenn ein die Wendeltemperatur wiedergebender Messwert eine unzureichende Wendeltemperatur anzeigt.

[0040] Solange der durch Wendel W₂ fließende, über die an einem Messwiderstand R_M abfallende Spannung U_M erfasste Wendelstrom I_W2 einen der Heizstromregeleinrichtung über eine Referenzspannung U_ref2 vorgebbaren, einen bestimmten Heißwiderstand der Wendelelektrode W₂ und damit eine bestimmte Wendeltemperatur ϑ _W2 repräsentierenden Schwellenwert nicht unterschreitet, wird der Halbleiter-Leistungsschalter T₃ in einem hochohmigen Zustand betrieben (Sperrbetrieb). Die führt dazu, dass nur die über die Primärwicklung Lp₂ zugeführte Heizleistung P_H2 zu den beiden Wendelelektroden W₁ und W₂ übertragen wird.

[0041] Unterschreitet der Wendelstrom I_W2 jedoch diesen Schwellenwert, wird die betreffende Primärwicklung L_p1 des Heiztransformators HzTr über den auf Durchlassbetrieb umgeschalteten Halbleiter-Leistungsschalter T₃ zugeschaltet (oder auf diese Primärwicklung L_p1 umgeschaltet, falls diese eine höhere Heizleistung überträgt). Somit wird die den Wendelelektroden W₁ und W₂ zugeführte Heizleistung P_H2 um den Betrag der über diese Primärwicklung übertragbaren Leistung P_H1 erhöht bzw. es wird die höhere Heizleistung der anderen Primärwicklung übertragen.

[0042] Es kann also abhängig von der erfassten Wendeltemperatur ϑ _W2 zwischen verschiedenen vorzugsweise diskreten Heizleistungsstufen umgeschaltet werden, die z.B. im Vorheizbetrieb und/oder im Dimmbetrieb der Lampe LA benötigt werden.

[0043] Wie Fig. 2a zu entnehmen ist, ist der von einem Teil des Wendelstroms I _W2 durchflossene Messwiderstand R_M dabei an einem Ende mit der Wendelelektrode W₂ und an einem anderen Ende mit den Masseknoten verbunden. Zur Spannungsbegrenzung der an dem Messwiderstand R₂ abfallenden Messspannung U_M dient eine zu dem Messwiderstand R₂ parallel geschaltete Serienschaltung zweier entgegengesetzt gepolter Zener-Dioden D₁ und D₂.

[0044] In Fig. 2b ist ein elektronisches Lampenvorschaltgerät zum Wechselstrombetrieb einer Leuchtstofflampe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches sich gegenüber dem in Fig. 2a dargestellten EVG dadurch unterscheidet, dass anstelle eines Heiztransformators HzTr mit je zwei über einen gemeinsamen Ferritkern magnetisch gekoppelten, galvanisch getrennten Primär- (L_p1, L_p2) und Sekundärwicklungen (L_s1, L_s2) ein zur Bereitstellung von Heizenergie an die Wendelelektroden W₁ und W₂ der Lampe LA dienender Leistungsübertrager HzTr' verwendet wird, dessen Primärseite aus zwei zueinander parallel geschalteten, mit der zugehörigen Sekundärseite über ausgangsseitige Anzapfungen verbundenen Spartransformator-Wicklungen L_p1' und L_p2' besteht, die über jeweils einen steuerbaren Halbleiter-Leistungsschalter T₃ bzw. T₄ einzeln oder kombiniert schaltbar sind.

[0045] Die Sekundärseite des Leistungsübertrager HzTr' besteht dabei ihrerseits aus zwei in die beiden jeweiligen Lastkreise LK₁ bzw. LK₂ integrierten, zu den Lampenwendeln W₁ bzw. W₂ in Serie geschalteten Spartransformator-Wicklungen L_s1' und L_s2', so dass sich für jeden der beiden aus je einem Paar einer primär- und einer sekundärseitigen Spartransformator-Wicklung bestehenden Teilübertrager ein durch die Wicklungsverhältnisse der einzelnen Spartransformator-Wicklungen vorgebbares festes Spannungsübersetzungsverhältnis ergibt. Über einen zu der vorgenannten Parallelschaltung der beiden durch die Halbleiter-Leistungsschalter T₃ bzw. T₄ zuschaltbaren primärseitigen Spartransformator-Wicklungen L_p1' und Lp₂' des Leistungsübertragers HzTr' in Serie geschalteten weiteren Halbleiter-Leistungsschalter T₅, können beide Heizkreise HzK₁ und HzK₂ gemeinsam unterbrochen werden, wodurch die Heizspannungsversorgungen der beiden Lampenwendeln W₁ und W₂ gleichzeitig abgeschaltet werden.

[0046] Optional kann in jedem der beiden Lastkreise LK₁ bzw. LK₂ auch ein zu den Lampenwendeln W₁ bzw. W₂ und den einzelnen sekundärseitigen Spartransformator-Wicklungen L_s1' und L_s2' in Serie geschalteter einstellbarer Kondensator C₆ bzw. C₇ enthalten sein, über den die Impedanzen der jeweiligen Lastkreise und damit die Kennlinien der durch die jeweiligen Lampenwendeln fließenden Wendelströme I _W1 bzw. I _W2 verändert werden können.

[0047] In Fig. 3 ist ein Strom-Zeit-Diagramm dargestellt, welches den zeitlichen Verlauf des durch Wendelelektrode W₁ fließenden Vorheizstroms I _H1 im Durchlassbetrieb bzw. im Sperrbetrieb des zum Zuschalten eines der beiden primärseitigen Wicklungen L_p1 bzw. L_p2 des Heiztransformators HzTr verwendeten steuerbaren Halbleiter-Leistungsschalters T₃ zeigt. Die Wicklungsverhältnisse ü₁:1 bzw. ü₂:1 der Transformatorwicklungen können dabei so eingestellt sein, dass sich beim Durchschalten von T₃ nach Abklingen des Einschwingvorgangs ein Vorheizstrom I _H1 einstellt, dessen Scheitelwert z.B. nahezu doppelt so groß ist wie der Scheitelwert des im Sperrbetrieb von T₃ sich einstellenden Vorheizstroms I _H1.

[0048] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der eine Anzapfung (Mittelanzapfung) zwischen den beiden Enden der die Primärseite bildenden Induktivität vorgesehen ist. Somit ist eine Art Spartrafo ausgebildet, bei dem eine Anzapfstelle auch zur Bereitstellung unterschiedlicher Heizleitungsstufen reicht.

[0049] Die Erfassung der Wendeltemperatur kann indirekt beispielsweise auch auf der Primärseite, nämlich über den in Figur 4 ersichtlichen Widerstand R_mp erfolgen.

[0050] Das Umschalten zwischen Heizleistungsstufen erfolgt auch beim Ausführungsbeispiel von Figur 4 durch entsprechende Ansteuerung der Gatespannung U_G des Leistungstransistors M1.

[0051] Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der zwei Primärwicklungen Lph1, Lph2 in Serie zueinander verschaltet sind.

[0052] Der in Fig. 5 gezeigte Heiztransformator besteht aus zwei primärseitigen Wicklungen Lph1, Lph2 sowie zwei damit gekoppelten sekundärseitigen Wicklungen Lh1, Lh2. Die beiden sekundärseitigen Wicklungen Lh1, Lh2 des Heiztransformators sind jeweils mit den Heizwendelanschlüssen P1, P2 der einen Lampenelektrode und den Heizwendelanschlüssen P3, P4 der zweiten Lampenelektrode verbunden.

[0053] Ein steuerbarer Heizschalter S2opt ist mit einem Anschluss einer primärseitigen Wicklung Lph1 sowie an Masse angeschlossen. Somit ergibt sich eine Serienschaltung aus den beiden primärseitigen Wicklungen Lph1, Lph2 des Heiztransformators und dem steuerbaren Schalter S2opt.

[0054] Parallel zum Schalter S2opt und zu der primärseitigen Wicklung Lph1 ist eine Serienschaltung mit einem steuerbaren Schalter S1 und einen Kondensator bzw. Entkoppelkondensator Cshortopt angeschlossen.

[0055] Sobald einer der beiden Schalter S1, S2opt eingeschaltet ist, fließt Strom durch die primärseitige Wicklung Lph2, so dass den Wendeln P3, P4 eine entsprechende Heizleistung übertragen wird.

[0056] Ist der Schalter S2opt ausgeschaltet (Sperrbetrieb), so ist die Wicklung Lph1 nicht mit Masse verbunden. Demnach wird auch über die mit der primärseitigen Wicklung Lph1 gekoppelten sekundärseitige Wicklung Lh1 keine Heizenergie an die Wendelelektroden P1, P2 übertragen.

[0057] Es lassen sich somit drei verschiedene Leistungsstufen einstellen. Das Ausschalten der Schalter S1, S2opt verhindert jegliche Energieübertragung. Dagegen wird eine erste durch die Wicklungen Lph2, Lh2 bestimmte Leistung mit dem eingeschalteten Schalter S1 erreicht. Das Einschalten des Schalters S2opt bei gleichzeitigem Abschalten des Schalters S1 bewirkt schließlich eine zweite Leistungsstufe, die der maximalen Leistung des Heiztransformator entspricht.

[0058] Die Schalter S1, S2opt sind vorteilhafterweise als Wechselstromschalter ausgeführt, wie zum Beispiel als Mosfet-Schalter in einer Gleichrichterbrücke oder in Verbindung mit dem Entkoppelkondensator Cshortopt.

[0059] Gemäß der in Zusammenhang mit Fig. 6 gezeigten weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die primärseitige Wicklung Lph1 des Heiztransformators direkt an Masse verbunden, d.h. der Schalter S2opt ist dabei nicht vorgesehen.

[0060] Diese Einschaltervariante kann deshalb bei entsprechender Steuerung des Schalters S1 zwei Leistungsstufen bereitstellen, nämlich über beide oder nur eine Primärwicklung.

[0061] Ist der Schalter S1 eingeschaltet, so ist die primärseitige Wicklung Lph1 kurzgeschlossen, so dass nur an die Wendelelektroden P3, P4 der Lampe über die Wicklungen Lph2, Lh2 Heizleistung übertragen werden kann.

[0062] Ein Abschalten des steuerbaren Schalters S1 führt dazu, dass die über die Primärwicklung Lph1, Lph2 zugeführte Heizleistung zu den beiden Wendelelektroden p1, p2, und p3, p4 übertragen wird.

[0063] Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden weitere Primärwicklungen mit den bereits erwähnten Primärwicklungen Lph1, Lph2 in Serie geschaltet, so dass selektiv mehr als zwei oder drei unterschiedliche Leistungsstufen bereitgestellt werden können (weitere Schalter sind in dem Fall notwendig).

[0064] Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zusammen mit einer Wendeldetektionsfunktion in einem elektronischen Vorschaltgerät integriert. Die Wendeldetektion ist eine an sich bekannte Funktion, die beispielsweise über einen Meßwiderstand R_M realisiert werden kann, siehe beispielsweise Figur 2a.

[0065] Der somit erfasste Wendelstrom kann in einer Regeleinrichtung einbezogen werden, um entsprechend die an die Lampe übertragene Heizleistung zu regeln. Ein niedriger Wert des Wendelstroms wird beispielsweise dazu führen, dass über die Schalter S1, S2 opt mehr Primärwicklungen Lph1, Lph2 Heizleistung übertragen.

[0066] Im Gegensatz dazu kann ein zu hoher Wert des Wendelstroms die Schalter S1, S2opt derart regeln, dass weniger Heizleistung über die Primärwicklungen Lph1, Lph2 übertragen wird.

[0067] Je nach Anzahl der gewünschten Leistungsstufen muss eine entsprechende Anzahl von Schaltern S1, S2opt und Primärwicklungen Lph1, Lph2 vorgesehen werden. Vorzugsweise sind zwei verschiedene Wendeltypen mit beispielsweise unterschiedlichen Wendelwiderständen angeordnet.

[0068] Alternativ dazu kann mit dieser Erfindung auch ein elektronisches Vorschaltgerät für sehr niedrige Dimmlevel die Heizleistung erhöhen.

[0069] Insgesamt ist also festzuhalten, dass die Primärseite erfindungsgemäß dazu ausgebildet ist, selektiv zwei und bevorzugt drei oder mehr unterschiedliche Leistungsstufen bereitzustellen.

[0070] Erfindungsgemäß ist die Heizungsleistungsumschaltung verhältnismäßig einfach, da sie mittels der Kombination des MOSFETS M1 mit der Diode D1 erfolgen kann, so dass die Ansteuerung bevorzugt ohne Treiberbaustein direkt beispielsweise durch einen Mikrocontroller erfolgen kann.

[0071] Durch die Erfindung lassen sich u.a. die folgenden Vorteile erzielen:

• Die Heizleistung kann unabhängig von der Busspannung und der Arbeitsfrequenz des Wechselrichters sein, wenn die Versorgung der Primärseite des Heiztransformators bspw. über eine Abgriff der Mittenpunktspannung des Wechselrichters erfolgt.
• Diese ist natürlich insbesondere dann ein Vorteil, wenn der Wechselrichter mit konstanter Frequenz betrieben wird.
• Das Umschalten der Primärseite des Heiztransformators ist verhältnismässig einfach im Vergleich z.B. zu einem hochfrequent getakteten Schalter auf der Primärseite.

Ansprüche

1. Schaltung zum Beheizen von Wendelelektroden (W₁, W₂) von Leuchtstofflampen (LA),
aufweisend einen Heiztransformator (HzTr), dessen Sekundärseite (L_s1, L_s2) mit wenigstens einer Wendelelektrode (W₁ und/oder W₂) verbunden ist und der eine mit dieser Sekundärseite (L_s1, L_s2) magnetisch gekoppelte, mit Spannung (U_WR) versorgte Primärseite (L_p1, , Lp₂) aufweist,
wobei an der Primärseite (Lp₁, Lp₂) mehrere magnetisch gekoppelte Spulen vorgesehen sind, die alternativ oder kombiniert aktivierbar sind, um unterschiedliche Heizleistungen (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) bereitzustellen.

2. Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die mehreren magnetisch gekoppelten Spulen durch eine Induktivität mit einem Spartrafo-Mittenabgriff gebildet sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1,
wobei die unterschiedlichen Heizleistungen über ein Halbleiter-Bausteil der Primärseite bereitstellbar sind.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Spannungsversorgung der Primärseite (L_p1, Lp₂) über den Mittenpunkt einer Wechselrichter-Halbbrückenschaltung (DC/AC) erfolgt, die eine Wechselspannung (U_WR) zum Betrieb einer angeschlossenen Lampe (LA) bereitstellt.

5. Betriebsgerät für Leuchtstofflampen,
aufweisend eine Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

6. Betriebsgerät nach Anspruch 5,
aufweisend eine Steuerschaltung (R&S-Modul), die die Heizleistung (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) abhängig vom Betriebs- und/oder Dimmzustand einer angeschlossenen Lampe (LA) einstellt.

7. Betriebsgerät nach Anspruch 5 oder 6,
aufweisend eine Steuerschaltung (R&S-Modul), die die Heizleistung (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) abhängig vom Typ einer angeschlossenen Lampe (LA) einstellt.

8. Betriebsgerät nach Anspruch 5 oder 6,
aufweisend eine Steuerschaltung (R&S-Modul), die die Heizleistung (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) abhängig von der Erfassung eines Parameters (I _W1, I _W2) einstellt, der die Wendeltemperatur (ϑ _W1, ϑ _W2), die anliegende Eingangsspannung, den Betriebszustand und/oder den Lampentyp wiedergibt.

9. Verfahren zum Heizen von Wendelelektroden (W₁, W₂) von Leuchtstofflampen (LA) mit Hilfe eines Heiztransformators (HzTr), dessen Sekundärseite (L_s1, L_s2) mit wenigstens einer Wendelelektrode (W₁ und/oder W₂) verbunden ist und der eine magnetisch mit dieser Sekundärseite (L_s1, L_s2) gekoppelte, mit Spannung (U_WR) versorgte Primärseite (L_p1, L_p2) aufweist,
aufweisend den Schritt der Einstellung einer von mehreren Heizleistungsstufen (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) durch selektive Aktivierung einer oder mehrerer magnetisch gekoppelter Spulen, die die Primärseite (L_p1, L_p2) des Heiztransformators (HzTr) bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
aufweisend die folgenden Schritte:

- Einstellen der niedrigsten Heizleistungsstufe (P_H1, P_H2),

- Erfassen eines Parameters (I _W1, I _W2), der die Wendeltemperatur (ϑ _W1, ϑ _W2) wiedergibt, und

- Wahl einer höheren Heizleistungsstufe (P_H1+P_H2), falls die Wendeltemperatur (ϑ _W1, ϑ _W2) noch nicht ausreichend ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
wobei die aktuelle Heizleistungsstufe (P_H1' P_H2, P_H1+P_H2) abhängig vom Betriebszustand, von der Höhe der anliegenden Eingangsspannung, vom Lampentyp und/oder Dimmzustand der angeschlossenen Lampe (LA) gewählt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
wobei die aktuelle Heizleistungsstufe (P_H1, P_H2, P_H1+P_H2) abhängig vom Typ der angeschlossenen Lampe (LA) gewählt wird.

13. Elektronische Steuereinheit,
die zur Unterstützung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12 ausgelegt ist.

Zeichnung