Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltungen zur Heizung von Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, wie sie beispielsweise in elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) Verwendung finden können.

Aus dem Stand der Technik sind elektronische Vorschaltgeräte (EVGs) für Leuchtstofflampen bekannt, die Wendelheizschaltungen verwenden, die mittels eines Koppelelements mit einer Primärseite verbunden sind, die mit Spannung versorgt ist. Beispielsweise kann ausgehend von einem Ausgangskreis (Lampenbetriebsspannungsversorgung, Halbrückenspannung, Busspannung etc.) die Heizenergie transformatorisch, kapazitiv, etc. in den Primärkreis gekoppelt werden, der wiederum mit den Wendeln verbunden ist.

Einige der transformatorisch arbeitenden Wendelheizsysteme verwenden einen mit einem Schalter getakteten Sperrwandler (englisch: Flyback power converter), im folgenden auch "Flyback-Konverter" genannt.

Eine Wendelheizung für Leuchtstofflampen gemäß dem Flyback-Prinzip ist beispielsweise aus der US 5,703,441 bekannt.

Die WO 00/72640 A1 zeigt eine Wendelheizung mit einem Heiztransformator, der eine mit dem Ausgang des Wechselrichters des elektronischen Vorschaltgerätes verbundene Primärwicklung und die eine in einem Heizkreis mit einer Wendel befindliche Sekundärwicklung zum Beheizen jeder der beiden Elektroden einer Gasentladungslampe aufweist. Parallel zum Lastkreis ist eine Serienschaltung vorgesehen, welche die Primärwicklung des Heiztransformators und eine elektronische Schaltervorrichtung enthält.

US 2004/066152 und WO200434740 zeigen eine sekundärseitige Überwachung eines Konverters, wobei im Fehlerfall eine Abschaltung erfolgt.

WO 03/045117 zeigt einen Konverter, der im Fehlerfall ebenfalls abgeschaltet wird.

WO 00/72642 zeigt eine Heizung, die ausgehend von dem Mittenpunkt eines Wechselrichters versorgt wird.
Aus der US 2004/113566A1 ist eine Sperrwandlerheizschaltung mit sekundärseitiger Spannungsüberwachung bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Heizschaltung für wenigstens eine Wendel einer Gasentladungslampe, bspw. einer Leuchtstofflampe, und mit einem Koppelelement zur Übertragung der Heizenergie von einer Primärseite zu einer Sekundärseite "intelligenter" in dem Sinne auszugestalten, dass bei Vorliegen von außer der Norm liegenden Betriebsparametern angepasste Maßnahmen getroffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung zur Heizung wenigstens einer Wendel einer Gasentladungslampe vorgesehen. Die Schaltung weist dabei ein Koppelelement in Form eines getakteten Sperrwandlers auf, das Heizenergie von einer mit Spannung versorgten Primärseite zu einer Sekundärseite überträgt, die wiederum mit wenigstens einer zu heizenden Wendel verbunden ist. Die Übertragung der Heizenergie erfolgt also üblicherweise unter galvanischer Trennung.

Erfindungsgemäß ist eine Überwachungsschaltung vorgesehen, die den Stromfluss wenigstens in der Primärseite des Koppelelements erfasst, so dass bei Erfassung eines unzulässigen Stromflusses entsprechende Gegenmaßnahmen durch Veränderung wenigstens eines Betriebsparameters der Heizschaltung getroffen werden können.

Für den Fall, dass der primärseitige Strom einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, kann die Heizschaltung in eine Fehler-Betriebsart geschaltet werden, in der die Energieübertragung des Koppelelements auf einen vorgegebenen Wert größer als Null begrenzt ist. In dieser Fehler-Betriebsart wird also weiterhin Heizenergie übertragen, wenn auch in kontrollierten Masse.

Auf der Sekundärseite ist eine Grundlast vorgesehen, die für den Fall, dass keine Lampe eingesetzt ist und somit auch keine Heizwendel vorliegt, die durch das Koppelelement übertragene Energie verbraucht. Diese Grundlast ist durch Widerstände eines Spannungsteilers gebildet, der auch zur Erfassung der sekundärseitigen Spannung verwendet wird.

Das Koppelelement kann primärseitig mittels eines Schalters getaktet sein, dessen Schaltfrequenz und/oder Tastverhältnis in der Fehler-Betriebsart gegenüber dem regulären Betrieb modifiziert, insbesondere verringert ist. Die Änderung der Schaltfrequenz und/oder des Tastverhältnisses des Schalters an der Primärseite des Koppelelements stellt somit eine Möglichkeit der Änderung von Betriebsparametern der Heizschaltung dar.

Die Überwachungsschaltung kann weiterhin auch die Spannung an der Sekundärseite des Koppelelements erfassen.

Die Überwachungsschaltung ist vorzugsweise durch Hardware implementiert, so dass bei Erkennung eines Fehlers eine schnelle Reaktion erfolgen kann.

Diese in Hardware implementierte Überwachungsschaltung kann bei Vorliegen der Fehler-Betriebsart eine Meldung an einen Software-gesteuerten Controller senden.

Ein Software-gesteuerter Controller kann grundsätzlich der Hardware-implementierten Überwachungsschaltung wenigstens in der Fehler-Betriebsart und/oder im Normalbetrieb der Heizschaltung Betriebsparameter übermitteln.

Es ist eine Schaltung zur Heizung wenigstens einer Wendel einer Gasentladungslampe vorgesehen, wobei wiederum ein Koppelelement dazu dient, Heizenergie von einer mit Spannung versorgten Primärseite zu einer Sekundärseite zu übertragen, die mit der zu heizenden Wendel verbunden ist. Eine Überwachungsschaltung kann vorgesehen sein, die Spannung einer Sekundärseite des Koppelelements zu erfassen, und bei Erfassung einer außer der Norm liegenden Spannung, insbesondere einer zu großen Spannung, Gegenmaßnahmen durch Änderung eines Betriebsparameters der Heizschaltung zu ergreifen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Betriebsgerät mit einer derartigen Schaltung.

Es ist ein elektronisches Vorschaltgerät vorgesehen, das eine Heizschaltung für wenigstens eine Wendel einer Gasentladungslampe aufweist. Die Übertragung der Heizenergie von einer Spannungsversorgung hin zu der zu heizenden Wendel erfolgt dabei mittels eines Koppelelements, dass durch eine in Hardware implementierte Schaltung angesteuert wird. Die in Hardware implementierte Schaltung kann darüber hinaus einen Betriebsparameter der Primär- und Sekundärseite des Koppelelements überwachen. Eine Software-gesteuerte Schaltung kann dazu vorgesehen sein, der in Hardware implementierten Schaltung Sollwerte für den Betrieb des Koppelelements zu übermitteln.

Schließlich sieht die Erfindung auch ein elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen mit einer Heizschaltung vor, bei der eine Überwachungsschaltung wenigstens einen Betriebsparameter der Heizschaltung überwacht und einer Software-gesteuerten Schaltung Fehlermeldungen bezüglich der Heizschaltung übermittelt. Die Software-gesteuerte Schaltung kann bei Eingang einer Fehlermeldung wenigstens einen Betriebsparameter des Vorschaltgerätes und insbesondere ein Betriebsparameter der Heizschaltung abhängig vom momentanen Betriebszustand des Vorschaltgerätes, ändern.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr bezugnehmend auf die begleitenden Figuren sowie anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

• Fig. 1 zeigt ein schematische Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Heizschaltung, und
• Fig. 2 zeigt ein Zustandsdiagramm für Abläufe, wie sie durch den Software-gesteuerten Mikrocontroller gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können.

Die in Fig. 1 dargestellte Heizschaltung dient zur Bereitstellung elektrischer Energie für Wendeln 5, 6 einer Gasentladungslampe, wie beispielsweise einer Leuchtstofflampe. Die Energie wird dabei ausgehend von einer Primärseite eines Koppelelements, die mit Spannung versorgt ist, hin zu einer Sekundärseite des Koppelelements übertragen, wobei die Sekundärseite mit wenigstens einer Wendel 5, 6 verbunden ist.

Im dargestellten Beispiel ist das Koppelelement als getakteter Sperrwandler ausgebildet. Die Primärseite des Sperrwandlers weist eine Spannungsversorgung sowie eine mit einem Schalter 12 in Serie geschaltete Primärspule 2 auf. Die Spannungsversorgung ist im dargestellten Beispiel eine Gleichspannungsversorgung, so dass beispielsweise die üblicherweise durch eine Glättungsschaltung (PFC, Power Factor Correction Circuit) geregelte Zwischenkreisspannung oder Busspannung V_bus in einem elektronischen Vorschaltgerät verwendet werden kann.

Andere primärseitige DC- oder AC-Versorgungsspannungen (bspw. Netzspannung, allerdings ist zum Anschluss einer AC-Spannung ein Gleichrichter zwischenzuschalten) sind ebenfalls möglich.

Gemäß dem Transformatorprinzip wird im dargestellten Ausführungsbeispiel elektrische Energie von der Primärspule 2 auf die Sekundärseite übertragen, wobei die Sekundärseite im dargestellten Beispiel je einen Zweig ausgehend von einer ersten Sekundärspule 3 hin zu einer ersten Wendel 5 sowie einer zweiten Sekundärspule 4 hin zu einer zweiten Wendel 6 aufweist. Die Sekundärseite kann also eine oder aber auch mehrere Wendeln 5, 6 versorgen.

Bei im wesentlichen konstanter Versorgungsspannung V_bus hängt die im getakteten Sperrwandler übertragende Heizenergie im Wesentlichen von der Schaltfrequenz sowie der Einschaltzeitdauer T_on des Schalters 12 ab. Dieser Schalter 12, der beispielsweise als FET ausgebildet sein kann, wird von einer in Hardware implementierten Heizsteuerschaltung 7 angesteuert. Im dargestellten Beispiel weist die Wendelheizung wie gesagt einen getakteten Sperrwandler auf, der mit einer definierten Einschaltzeit T_on und Frequenz f betrieben wird.

Die Schalteransteuerung ermöglicht also einen unabhängigen Betrieb der Heizschaltung, was bspw. bei Ankopplung der Heizschaltung an einen Wechselrichter-Mittenpunkt nicht der Fall ist. Der unabhängige Betrieb der Heizschaltung ist gerade für das Vorheizen vorteilhaft. Weiterhin ergeben sich Designfreiheiten, was für einen Dimmbetrieb oder einen Multilampenbetrieb vorteilhaft ist.

Die Sollwerte für die Einschaltzeit T_on sowie die Frequenz f der Schaltvorgänge des elektronischen Schalters 12 wird dabei erfindungsgemäß durch eine mittels Software-gesteuerte Schaltung (Mikrocontroller) 9 vorgegeben, die bidirektional mit der Heizsteuerschaltung 7 kommuniziert (s. Bezugszeichen 8).

Die Vorgaben für die Einschaltzeitdauer T_on und/oder die Schaltfrequenz f des dargestellten getakteten Sperrwandlers kann von dem Mikrocontroller 9 beispielsweise abhängig vom aktuellen Dimmzustand der Lampe und eines ggf. (bspw. über den Wendelstrom) erfassten Lampentyps berechnet und dann der Heizsteuerschaltung 7 vorgegeben werden. Der Mikrocontroller 9 kann beispielsweise über eine Schnittstelle 10 Dimmbefehle beispielsweise gemäß dem DALI-Standard erhalten.

Die Primärseite mit der Spule 2 und dem Schalter 12 des Sperrwandler-Transformators ist in dem dargestellten Beispiel an eine Zwischenkreisspannung oder Busspannung V_bus angeschlossen, da diese stets eine im Wesentlichen konstantes Potential aufweist, wodurch sichergestellt ist, dass bei konstanter Einschaltzeit T_on und Frequenz f des elektronischen Schalters 12 eine konstante Heizenergie auf die Sekundärseite des Sperrwandlers abgegeben wird.

Die dargestellte Erfindung ist nunmehr insbesondere dazu ausgebildet, Fehlerzustände der Heizschaltung zu erfassen und rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

Zum Einen ist dabei vorgesehen, dass über einen Messwiderstand R2, der in Serie zu dem Schalter 12 und der primärseitigen Spule 2 geschaltet ist, der Strom durch den Schalter 12 (wenn dieser geschlossen ist) durch die Heizsteuerschaltung 7 erfasst wird. Dadurch kann beispielsweise sicher ein Kurzschluss erfasst werden, der zu einem sehr großen Primärstrom des Sperrwandlers führt. Wenn dieser erfasste Primärstrom des Sperrwandlers einen definierten maximal zulässigen Wert überschreitet, erkennt die Heizsteuerschaltung 7 einen Fehlerzustand und geht selbständig in einen Fehlermodus über.

Dieser Fehlermodus besteht darin
dass weiterhin Heizenergie mit einem Wert größer als Null mittels dem Koppelelement auf die Sekundärseite übertragen wird. Allerdings wird die Frequenz f und/oder die Einschaltzeit des Schalters 12 des Sperrwandlers vorzugsweise verringert, um den primärseitigen Wendelstrom im Falle eines derartigen Kurzschlusszustands zu reduzieren.

Bei einem erkannten primärseitigen Fehler wird also weiterhin Heizenergie übertragen.

Ein weiterer Fehlerzustand kann sein, dass sekundärseitig keine Last vorliegt, d.h. beispielsweise die Lampe mit den Wendeln 5, 6 nicht eingesetzt ist oder wenigstens eine Wendel gebrochen ist. Da auch in diesem Fall der fehlenden Last das Koppelelement der Heizschaltung normalerweise weiter Heizenergie auf die Sekundärseite überträgt, wird sekundärseitig die Spannung auf ggf. unzulässig hohe Werte ansteigen, so dass Bauteile auf der Sekundärseite beschädigt werden können. Zur Erfassung der sekundärseitigen Spannung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Spannungsteiler R3, R4 vorgesehen, an dessen Mittenpunkt ein Signal 14 für die Heizsteuerschaltung 7 abgegriffen wird. Die Erfassung der sekundärseitigen Spannung des Koppelelements erfolgt zusätzlich zu der Erfassung des primärseitigen Wendel stroms 13

Eine unzulässig hohe sekundärseitige Spannung stellt einen weiteren Fehlerzustand dar. Auch hier kann eine geeignete Gegenmaßnahme darin bestehen, dass die Frequenz f und/oder die Einschaltzeitdauer T_on des Schalters 12 verringert wird, so dass eine im Vergleich zum normalen Betriebszustand deutlich verringerte Heizenergie auf die Sekundärseite übertragen wird. Alternativ kann auch hier die Übertragung der Heizenergie beendet werden.

Dadurch dass die Heizsteuerschaltung 7 mittels Hardware implementiert ist, kann sie derartige Fehlerzustände schnell erfassen und entsprechend auch schnell durch eine geeignete Veränderung eines Betriebsparameters für das Koppelelement (im vorliegenden Beispiel Veränderung der Einschaltzeitdauer und/oder der Frequenz des Schalters) reagieren.

Die Sollwerte für den Heizbetrieb können der Hardware-implementierten Heizsteuerschaltung 7 für den Normalbetrieb und/oder dem Fehlermodus von dem Software-gesteuerten Mikrocontroller 9 über den bidirektionalen Kommunikationskanal 8 vorgegeben werden.

Andererseits reagiert die mittels Hardware-implementierte Heizsteuerschaltung 7 selbsttätig sehr schnell auf etwaige erfasste Fehlerzustände, meldet aber auch gleichzeitig einen derartigen Fehlerzustand an den Mikrocontroller 9.

Unabhängig von der sekundärseitigen Spannungserfassung der Heizsteuerschaltung 7 mittels des Spannungsteiler R3, R4, erfasst der Mikrocontroller 9 den Wendelstrom über den Widerstand R1, um somit über den Wendelwiderstand den Typ einer eingesetzten Lampe zu erkennen, und abhängig von dieser Lampentyperkennung die entsprechenden Sollwertvorgaben für die Heizsteuerschaltung 7 zu tätigen.

Die Kommunikation über den bidirektionalen Kanal 8 zwischen der Heizsteuerschaltung 7 und dem Controller 9 erfolgt vorzugsweise digital.

Der Mikrocontroller 9 kann von der Heizsteuerschaltung 7 Informationen bezüglich des Vorhandenseins eines Fehler und ggf. auch der Art eines Fehlers (Kurzschluss, bzw. Leerlaufzustand ohne Last, etc.) abfragen.

Gemäß einer Alternative ist es bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass auch im Fehlerzustand weiterhin Heizenergie auf die Sekundärseite und somit hin zu den Wendeln übertragen wird. Diese begrenzte Heizenergieübertragung ist vorteilhaft, damit weiterhin beispielsweise Strom durch den Widerstand R1 fließt, mittels dem erfasst werden kann, ob eine Lampe und ggf. welcher Lampentyp eingesetzt ist oder nicht.

Für den Fall, dass sekundärseitig keine Lampe eingesetzt ist, wird die im Fehlermodus übertragene reduzierte Heizenergie durch die Widerstände R3, R4 als Grundlast abgebaut, deren Serienwiderstand also so bemessen ist, dass die bei der Übertragung der verringerten Heizenergie im Fehlermodus anliegende Spannung auf der Sekundärseite auf einen zulässigen Wert begrenzt ist. Andererseits legt das Teilerverhältnis von R3, R4 die Abschaltspannung fest, d.h. diejenige Spannung, ab der eine unzulässig hohe Sekundärspannung geschlossen wird und Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Der Spannungsteiler R3, R4 hat also eine Doppelfunktion. Der Serienwiderstand kann beispielsweise so bemessen sein, dass bei der Übertragung einer Heizenergie von 50 mW im Fehlermodus die anliegende Spannung auf 15 V begrenzt ist. Bei 15 V kann eine Beschädigung der sekundärseitigen vorgesehenen Bauteile ausgeschlossen werden. Andererseits ist eine Heizenergie von 50 MW groß genug, um einen für Messzwecke ausreichenden Messstrom durch den Widerstand R1 zu erzeugen.

Die in Hardware implementierte Heizsteuerschaltung 7 sorgt also dafür, dass sich die Heizschaltung schnell selbst schützt. Wenn dieser Schutzmechanismus mittels einer Software-gesteuerten Schaltung ausgeführt wäre, wäre die Schutzreaktion womöglich zu langsam, um eine Beschädigung des Transistors 12 zu vermeiden.

Wenn der Mikrocontroller 9 einen Fehlerzustand von der Heizsteuerschaltung 7 abfragt bzw. die Heizsteuerschaltung von sich aus den Mikrocontroller 9 einen Fehlerzustand sowie ggf. auch die Art des Fehlers übermittelt, kann der Mikrocontroller 9 über ausgehende Befehle 11 das Betriebsgerät (elektronisches Vorschaltgerät EVG) insgesamt in einem Fehlermodus schalten. Die Reaktion des Mikrocontroller 9 auf die Meldung bzw. die Abfrage eines Fehlerzustands der Heizschaltung hängt dabei vom aktuellen Betriebszustand des Gerätes ab. Mögliche durch den Mikrocontroller 9 veranlasste Aktionen in dem Betriebsgerät sind beispielsweise das Abschalten des Wechselrichters oder das Warten auf einen Lampenwechsel.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Zustandsdiagramm, wie es durch Software in dem Mikrocontroller 9 implementiert ist. Ausgehend von dem ausgeschalteten Zustand OFF wird zuerst die Software in dem Zustands STARTUP SOFTWARE gestartet. Nach der Initialisierung der Software beginnt das bekannte Vorheizen in dem Zustand PREHEAT und nach Abschluss der Vorheizung das Zünden der Lampe Bei erfolgreicher Zündung der Lampe wird in den Betriebszustand RUN umgeschaltet. Nur wenn sich die Lampe in dem Zustand RUN befindet, wird ein Fehler der Heizschaltung durch den Mikrocontroller 9 ausgewertet. Bei Vorliegen eines Fehlers ausgehend von dem Zustand RUN wird also in den Fehlermodus ERROR umgeschaltet. In dem Zustand ERROR wartet der Mikrocontroller 9 auf den Austausch der Lampe, da er das Vorhandensein einer Lampe mit Wendeln über den Widerstand R1 erfasst werden kann. Nach erfolgtem Lampenwechsel wird der Zustand RELAMP eingenommen, aus dem Heraus ein Neustart der Lampe möglich ist.