Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Betriebsschaltung für Entladungslampen.
[0002] Sie bezieht sich dabei auf Betriebsschaltungen, die die Entladungslampe mit einer
Hochfrequenzversorgungsleistung versorgen, die über eine Oszillatorschaltung aus einer
Versorgungsleistung gewonnen wird. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht
sich die Erfindung auf den Fall, dass die Versorgungsleistung für die Oszillatorschaltung
auf eine Wechselspannungsversorgungsleistung zurückgeht, die gleichgerichtet wird.
Solche Betriebsschaltungen sind allgemein üblich, insbesondere bei Niederdruckentladungslampen,
und müssen daher nicht in Einzelheiten erläutert werden.
Stand der Technik
[0003] Die Oszillatorschaltung versorgt dabei einen sogenannten Lastkreis, in den die Entladungslampe
geschaltet ist, und der von einem durch die Oszillatorschaltung erzeugten hochfrequenten
Lampenstrom durchflossen wird. Der Lastkreis definiert dabei eine Resonanzfrequenz,
die durch verschiedene elektrische Parameter des Lastkreises beeinflusst wird und
u.a. auch vom Betriebszustand der Entladungslampe abhängt. Man ist bemüht, den Lastkreis
im Dauerbetrieb der Entladungslampe relativ nah an der Resonanzfrequenz zu betreiben.
Dies hat den Vorteil geringer Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung und
damit geringer Blindströme. Davon profitiert man bei der Bauteildimensionierung insbesondere
einer Lampendrossel. Im übrigen enthält die die Hochfrequenzversorgungsleistung erzeugende
Oszillatorschaltung regelmäßig Schaltelemente. Bei geringen Phasenverschiebungen infolge
eines resonanznahen Betriebes sind die Schaltverluste in den Schaltelementen relativ
klein. Dies hat Vorteile im Hinblick auf die Effizienz der Betriebsschaltung sowie
auf die thermische Belastung und die Dimensionierung der Schaltelemente.
[0004] Im Regelfall wird angestrebt, im sogenannten induktiven Bereich zu arbeiten, also
mit einer gegenüber der Resonanzfrequenz des Lastkreises erhöhten Betriebsfrequenz
der Oszillatorschaltung. Dabei muss man allerdings vermeiden, dass die Betriebsfrequenz
der Oszillatorschaltung kleiner wird als die Resonanzfrequenz, weil sich im kapazitiven
Betrieb, also bei kleinerer Betriebsfrequenz als die Resonanzfrequenz, störende Stromspitzen
in den Schaltelementen und andere Schwierigkeiten ergeben können. Insbesondere kann
sich durch eine Fehlsynchronisation zwischen den Schaltzeitpunkten und dem Lampendrosselstrom
im kapazitiven Betrieb eine ausgeprägte positive Stromspitze zu Beginn einer von einem
Schaltelement getragenen Lampenstromhalbwelle ergeben. Es wird also insgesamt angestrebt,
möglichst nah an der Resonanzfrequenz zu arbeiten, wobei jedoch ein Unterschreiten
derselben möglichst nicht oder nur begrenzt auftreten soll.
[0005] Allerdings treten infolge von Temperaturänderungen und Alterungsprozessen wie Elektrodenabbrand,
Quecksilberdiffusion in Leuchtstoffen und anderen Alterungsphänomenen sowie auch infolge
der Exemplarstreuung zwischen verschiedenen individuellen Entladungslampen Schwankungen
der Lampenimpedanz (bezogen auf den Dauerbetrieb) auf.
[0006] Infolge dieser Lampenimpedanzschwankungen und der üblichen Bauteiltoleranzen lassen
sich die Betriebsschaltungen nicht ohne weiteres relativ genau auf einen resonanznahen
Betrieb einstellen. Vielmehr wird aus Sicherheitsgründen ein relativ großer Abstand
von der nominellen Resonanzfrequenz gehalten, der die aufgeführten Schwankungen und
Toleranzen berücksichtigt. Daraus entstehen höhere Bauteilkosten und erhöhter Platzbedarf
wegen entsprechend größerer Dimensionierung sowie Effizienzeinbuβen.
[0007] Daher ist bereits versucht worden, Betriebsschaltungen der dargestellten Bauart mit
Detektionsschaltungen zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb des Lastkreises
auszustatten. Beispielsweise zeigt die US 6 331 755 in ihrer Figur 5 einen Widerstand
RCS zum Messen eines Lampendrosselstroms und einen Komparator COMP zum Vergleichen
dieses Drosselstroms mit einem Schwellenwert. Der Vergleich findet an einer Ausschaltflanke
eines Schalttransistors einer Halbbrückenoszillatorschaltung statt. Je näher die Betriebsfrequenz
der Resonanzfrequenz und damit dem kapazitiven Betrieb kommt, umso kleiner wird nicht
nur ein vorzeichenumgekehrter Einschaltpeak der Messspannung an dem Widerstand RCS,
sondern umso stärker sinkt auch die Messspannung am Ende der Einschaltzeit des erwähnten
Schalttransistors ab. Damit kann mit dem Schwellenwert ein Grenzzustand eingestellt
werden, bei dem die Schaltung insgesamt ausgeschaltet wird (in der dortigen Figur
6 rechts eingezeichnet), wenn der Betrieb zu resonanznah wird.
Darstellung der Erfindung
[0008] Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische
Problem zu Grunde, eine Betriebsschaltung für eine Entladungslampe mit einer Oszillatorschaltung
und einer Detektionsschaltung zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb des
Lastkreises weiter zu verbessern.
[0009] Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung des dargestellten Typs, bei der eine
Regelschaltung zum Regeln des Lastkreises, insbesondere der Lampenleistung oder des
Lampenstromes auf einen Regelsollwert vorgesehen ist und die Betriebsschaltung dazu
ausgelegt ist, ansprechend auf eine Erkennung der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb
durch die Detektionsschaltung den Regelsollwert zu verkleinern.
[0010] Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0011] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Betriebsschaltung bei der Erkennung einer
bestimmten Nähe zu dem kapazitiven Betrieb nicht, wie im Stand der Technik, ausgeschaltet
wird, sondern zumindest im Regelfall weiterbetrieben wird. Die Erkennung der Nähe
zu dem kapazitiven Betrieb soll also zu einer Beeinflussung der Betriebsweise führen,
so dass diese Nähe zumindest nicht weiter verstärkt oder sogar verringert wird, um
den Betrieb fortsetzen zu können. Dazu wird der Regelsollwert, also etwa der Leistungsoder
Stromsollwert, einer Regelschaltung verkleinert. Die Regelschaltung hat an sich den
Sinn und Vorteil, die Beeinflussung des Lampenbetriebs durch Exemplarstreuungen und
zeitlich auftretende Schwankungen wie Temperaturschwankungen oder Alterungseinflüsse
zu verringern. Bei der Erfindung bietet eine Regelschaltung zudem eine besonders günstige
und einfache Möglichkeit der Verhinderung eines kapazitiven Betriebs durch Beeinflussung
des Regelsollwerts. Mit der Veränderung des Regelsollwerts kann bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Regelschaltung ferner eine indirekte Beeinflussung der Betriebsfrequenz
der Oszillatorschaltung verbunden sein, weil die Regelschaltung vorzugsweise auf die
Betriebsfrequenz Einfluss nimmt, um den Lastkreis zu regeln. Anschaulich gesprochen
ist die erfindungsgemäße Betriebsschaltung also dazu ausgelegt, sich im Dauerbetrieb
nicht zu nahe an den kapazitiven Betrieb anzunähern und bei zu großer Nähe einer weiteren
Annäherung entgegen zu wirken, jedoch den Lampenbetrieb fortzusetzen. Aus der Sicht
der Erfindung ist es nämlich eher tolerierbar, dass die Entladungslampe in solchen
Fällen geringfügig dunkler wird, als dass sie ganz ausgeschaltet wird.
[0012] Vorzugsweise zeichnet sich die Erfindung durch eine besonders günstige Form der Erkennung
der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb durch die Detektionsschaltung aus. Dazu erfasst
die Detektionsschaltung die Höhe von Schwankungen des Lampenstroms entsprechend der
Frequenz der Versorgungsleistung. Wenn die Oszillatorschaltung mit einer gleichgerichteten
Wechselspannungs-Versorgungsleistung versorgt wird, schwankt die Versorgungsleistung
der Oszillatorschaltung mit den durch die Wechselspannungsfrequenz gegebenen Schwankungen
der gleichgerichteten Versorgungsspannung (sogenannte Zwischenkreisspannung). Die
Zwischenkreisspannung ist also mit der doppelten Frequenz der ursprünglichen Wechselspannung
moduliert. Die Verdoppelung der Frequenz ist eine Folge der Gleichrichtung. Es ist
theoretisch auch denkbar, dass hier keine Frequenzverdoppelung auftritt; jedenfalls
steht die Modulation der Zwischenkreisspannung in Beziehung zu der Frequenz der ursprünglichen
Wechselspannung.
[0013] Diese Zwischenkreispannungsmodulation ist in aller Regel noch im Lampenstrom selbst
messbar, und zwar auch dann, wenn der Lampenstrom durch eine Strom- oder Leistungsregelschaltung
geregelt wird. Regelschaltungen sind je nach technischem Aufwand nur begrenzt in der
Lage, diese Modulation abzuschwächen.
[0014] Dies gilt übrigens auch für den Fall, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
darstellt, dass die gleichgerichtete Wechselspannungs-Versorgungsleistung durch eine
PFC-Schaltung (Power Factor Correction, sogenannte Leistungsfaktorkorrektur) zu einer
weitgehend konstanten Gleichspannung gewandelt wird. Die PFC-Schaltung dient zur Begrenzung
des Oberwellengehalts der Leistungsaufnahme aus dem Wechselspannungsnetz und lädt
in der Regel einen Speicherkondensator auf die Zwischenkreisgleichspannung auf. Die
Zwischenkreisspannung ist auch dann in gewissem Umfang entsprechend der Wechselspannungsfrequenz
moduliert.
[0015] Die Höhe der Lampenstromschwankungen hängt von der Nähe zu der Resonanzfrequenz und
damit von der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb ab. Dies folgt aus der Zunahme des Lampenstroms
mit zunehmender Resonanznähe einerseits und der Modulation der Resonanznähe durch
die Zwischenkreisspannungsmodulation andererseits.
[0016] Damit bietet die Höhe der Schwankungen des Lampenstroms eine besonders einfache Möglichkeit
zur Erfassung der Nähe zum kapazitiven Betrieb. Insbesondere handelt es sich dabei
um ein beispielsweise mit der doppelten Netzfrequenz des Wechselspannungsnetzes veränderliches
Signal, das insoweit keine wesentlichen messtechnischen Schwierigkeiten bietet. Andererseits
sind die konventionellen Lösungen zur Erfassung der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb
mit der Betriebsfrequenz der Oszillatorschaltung selbst verknüpft und müssen auf diese
Phasen bezogen sein, was einen erheblich höheren schaltungstechnischen Aufwand bedingt.
Der Lampenstrom muss bei der Erfindung ohnehin gemessen werden, um die bereits erwähnte
Stromregelung durchzuführen. Daher ist die Erfindung insgesamt mit einem umso geringeren
zusätzlichen Aufwand verbunden.
[0017] Dabei wird hier allgemein von einer veränderlichen Versorgungsleistunggesprochen.
Dies kann, wie oben ausgeführt, zum einen eine gleichgerichtete Wechselspannungs-Versorgungsleistung
sein. Die Erfindung umfasst aber auch den Fall, dass die Betriebsschaltung an einer
Gleichspannungsquelle betrieben wird. Dann entfällt die Notwendigkeit eines Gleichrichters
bzw. ist ein ohnehin vorgesehener Gleichrichter wirkungslos. Auch in diesem Fall kann
es jedoch erwünscht sein, die Erfindung zu verwenden. Dazu kann die Gleichspannung
bzw. Zwischenkreisspannung bewusst moduliert werden. Neben der Möglichkeit der erfindungsgemäßen
Detektion der Nähe zu einem kapazitiven Lastkreisbetrieb hat dies außerdem den Vorteil,
dass sich infolge der Modulation eine Verbreiterung des Frequenzspektrums von durch
die Betriebsschaltung zu der Gleichspannungsquelle übertragenen hochfrequenten Störungen
ergibt. Die Störungen sind damit weniger problematisch, weil sie in einem breiteren
und damit flacheren Störspektrum auftreten. Die veränderlichen Versorgungsleistungen
im Sinn der Ansprüche können also auch bewusst modulierte Gleichspannungsversorgungsleistungen
sein. Insbesondere zieht die Erfindung auch Kombinationsbetriebsschaltungen in Betracht,
die sowohl für den Betrieb an Gleichspannungs- als auch an Wechselspannungsquellen
vorgesehen sind.
[0018] Ferner richtet sich die Erfindung alternativ zu einer Erfassung der Höhe der Schwankungen
des Lampenstroms selbst auch auf den Fall, dass der Lampenstrom durch eine Regelschaltung
zur Regelung des Lastkreises, also insbesondere des Lampenstromes oder der Lampenleistung,
bestimmt wird, wobei dann eine Stellgröße der Regelschaltung, also die Veränderungen
in der Regelschaltung in dem Bemühen der Regelschaltung zum Konstanthalten der Regelgröße,
erfasst wird. Die Stellgröße könnte dann als Abbildung der Lampenstromschwankungen
aufgefasst werden, selbst wenn letztere nicht oder nur in geringem Umfang auftreten.
[0019] Die Regelschaltung weist vorzugsweise ein I-Regelglied auf, also ein integrierendes
Element, um die vergleichsweise langsamen Parameteränderungen in der Entladungslampe
im Sinne der beschriebenen Impedanzänderungen durch Alterung oder andere langfristige
Schwankungen zu kompensieren. In vielen Fällen wird ein solches I-Regelglied ausreichen.
Es kann bei Bedarf durch ein P-Regelglied (Proportionalelement) oder eine andere zusätzliche
Einrichtung zur besseren Berücksichtigung der Zwischenkreisspannungsmodulation ergänzt
werden.
[0020] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Detektionsschaltung die Höhe der Schwankungen
mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und, solange der Schwellenwert nicht
überschritten wird, den Betrieb nicht weiter beeinflusst. Wird der Schwellenwert überschritten,
kann die Detektionsschaltung den Regelsollwert entweder entsprechend einem Regelungszusammenhang
kontinuierlich verändern oder auch um eine vorgegebene feste Größe verändern, wie
dies im Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Jedenfalls ist vorzugsweise durch den
Vergleich mit dem Schwellenwert eine Funktion der Detektionsschaltung gegeben, die
den Betrieb im Normalfall nicht beeinflusst.
[0021] Insbesondere kann die Regelschaltung und übrige Steuerung der Oszillatorschaltung
durch eine integrierte Digitalschaltung erfolgen, die lediglich einige Zusatzfunktionen
aufweisen muss. Darüber hinaus kann es sich bei der Digitalschaltung um eine programmierbare
Schaltung bzw. einen sogenannten Mikrocontroller handeln, wobei sich der für die Erfindung
notwendige Zusatzaufwand auf eine reine Softwareergänzung beschränken kann.
[0022] Eine solche digitale Steuerschaltung bzw. ein solcher Mikrocontroller kann insbesondere
neben der Steuerung der Oszillatorschaltung auch die Steuerung der erwähnten PFC-Schaltung
übernehmen.
Beschreibung der Zeichnungen
[0023] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht,
wobei die dabei dargestellten Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich
sein können. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die vorstehende und die nachfolgende
Beschreibung auch im Hinblick auf die Verfahrenskategorie zu verstehen ist.
Figur 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
Figur 2a zeigt schematisiert den Zusammenhang zwischen Zwischenkreisspannung, Entladungslampenstrom
und qualitativer Stromform in Schaltelementen einer Oszillatorschaltung bei einer
erfindungsgemäßen Betriebsschaltung;
Figur 2b entspricht Figur 2a, bezieht sich jedoch auf einen resonanznäheren Betriebszustand;
Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Programmablaufs in einer Steuerschaltung der
Betriebsschaltung aus Figur 1.
[0024] In Figur 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Niederdruckentladungslampe mit zwei
Glühwendelelektroden 2 und 3. Zwischen einem Masseanschluß 4 und einer Zwischenkreisversorgungsspannung
5 liegt eine an sich bekannte Oszillatorhalbbrückenschaltung mit zwei Schalttransistoren
6 und 7. Durch einen alternierenden Schaltbetrieb der beiden Schalttransistoren 6
und 7 läßt sich ein Mittenabgriff 8 zwischen der Zwischenkreisversorgungsspannung
und dem Massepotential hin- und herschalten. Dadurch kann aus der an dem Anschluß
5 anliegenden gleichgerichteten Zwischenkreisversorgungsspannung, die über eine an
sich bekannte Gleichrichterbrückenschaltung mit einer PFC-Schaltung aus einer Netzspannung
gewonnen wird, eine hochfrequente Versorgungsspannung für die Entladungslampe 1 erzeugt
werden.
[0025] Bei der in Figur 1 nicht dargestellten PFC-Schaltung kann es sich um einen sogenanntenHochsetzsteller
handeln, dessen Aufbau an sich bekannt und für die Erfindung nicht im Einzelnen von
Interesse ist. Es kann sich auch um eine andere PFC-Schaltung handeln. Trotz PFC-Schaltung
verbleibt jedoch eine gewisse Restmodulation der Zwischenkreisspannung mit der doppelten
Netzfrequenz, gewöhnlich also mit 100 Hz.
[0026] Zwischen den Masseanschluß 4 und den Mittenabgriff 8 sind in Serie ein sogenannter
Koppelkondensator 9, eine Lampendrossel 10 und die Entladungslampe 1 geschaltet. Der
Koppelkondensator 9 dient zur Abkopplung der Entladungslampe 1 von Gleichstromanteilen;
die Lampendrossel 10 dient insbesondere zur Kompensation der stellenweise negativen
Ableitung der Stromspannungskennlinie der Entladungslampe 1. Beide Schaltungsbauteile
sind in dieser Funktion allgemein bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden.
[0027] Das Gleiche gilt für einen parallel zu der Entladungslampe 1 und ebenfalls in Serie
zu dem Koppelkondensator 9 und der Lampendrossel 10 liegenden Resonanzkondensator
11, der zur Erzeugung von resonanzüberhöhten Zündspannungsamplituden zum Zünden der
Entladungslampe 1 dient.
[0028] Soweit bislang beschrieben, ist die Betriebsschaltung völlig konventionell aufgebaut.
Allerdings werden die Steueranschlüsse der Schalttransistoren 6 und 7, wie in Figur1
gestrichelt angedeutet, durch Steuersignale aus einer digitalen Steuerschaltung 12
gesteuert. Die digitale Steuerschaltung 12 ist ein programmierbarer Mikrocontroller
und erfaßt über einen Messwiderstand 13 ein die Höhe des Stroms durch die Lampendrossel
10 anzeigendes Signal.
[0029] Die Steuerschaltung 12 enthält insbesondere eine Stromregelschaltung, die den über
den Widerstand 13 abgegriffenen Lampenstrom auf einen weitgehend konstanten Wert I
Lamp regelt. Die Funktionsweise der Steuerschaltung 12 ist in Figur 3 näher dargestellt.
[0030] Die Steuerschaltung 12 kann also über den Messwiderstand 13 den Lampenstrom I
Lamp messen, regelt ferner über die Betriebsfrequenz des Halbbrückenoszillators mit den
Schalttransistoren 6 und 7 auf einen konstanten Lampenstrom und ist schließlich durch
Auswertung der verbleibenden Modulation der Lampenstromamplitude infolge der Modulation
der Zwischenkreisspannung imstande, eine zu nahe an einem kapazitiven Betrieb liegende
Betriebsweise zu erkennen. Dazu wird, wie anhand von Figur 3 erläutert wird, ein Schwellenwert
für die in den Figuren 2a und 2b dargestellte Differenz zwischen dem Lampenstromamplitudenmaximum
I
max und -minimum I
min verwendet.
[0031] Die Figuren 2a und 2b zeigen schematisch die qualitative Form der erwähnten Schwankungen
für einen in Figur 2a dargestellten resonanznahen, jedoch günstigen Betriebszustand
und einen in Figur 2b dargestellten ungünstigen Betriebszustand. Man erkennt die Änderung
der Höhe der Schwankungen des an dem Widerstand 13 abgegriffenen Lampenstromes I
Lamp und die entsprechenden Änderungen der zwischen dem Punkt 5 und dem Masseanschluss
4 anliegenden Zwischenkreisspannung U
zw. Der Lampenstrom ist mit seinen Einhüllenden dargestellt, die die Schwankungen der
Amplitude mit der Zwischenkreisspannung U
zw veranschaulicht. Tatsächlich oszilliert der Lampenstrom I
Lamp mit der Betriebsfrequenz der Halbbrückenoszillatorschaltung, was in den Figuren 2a
und 2b nur schematisch angedeutet ist.
[0032] Im jeweiligen unteren Bereich der Figuren sind qualitative Stromformen der durch
den jeweils geschlossenen Schalttransistor 6 bzw. 7 fließenden Halbperiodenströme
dargestellt. Der in der jeweiligen linken Stromform zunächst erkennbare begrenzte
negative Ausschlag ist typisch für den induktiven Betrieb und bedeutet, dass der Strom
der Spannung nachläuft. So lange die negative Spitze nicht zu ausgeprägt ist, kann
dies als günstiger Betriebszustand angesehen werden. In Figur 2a erkennt man in der
rechten Stromform, dass im Bereich der kleinen Amplituden des Lampenstromes, also
der minimalen Zwischenkreisspannungen U
zw, der den induktiven Betrieb anzeigende negative Ausschlag fast verschwunden ist.
Die Nähe zum kapazitiven Betrieb schwankt also mit der Zwischenkreisspannung U
zw. Dementsprechend zeigt die rechte Stromform in Figur 2b eine ausgeprägte positive
Spitze am Anfang der Stromform, die einen beginnenden kapazitiven Betrieb symbolisiert.
Diese Spitze führt zu thermischen Belastungen und möglicherweise Schäden der Schalttransistoren
6 und 7 und soll vermieden werden.
[0033] Figur 3 zeigt in Form eines Blockdiagramms die Funktionsweise der Betriebsschaltung
aus Figur 1. Der dargestellte Ablauf läuft als in den Mikrocontroller 12 eingespeicherte
Software ab. Gemäß dem oberen Ende des Blockdiagramms wird eine gemessene Zwischenkreisspannung
(zwischen den Punkten 4 und 5 in Figur 1) U
zw von einer Sollzwischenwertspannung U
zw-soll subtrahiert. Die Differenz wird über ein mit I symbolisiertes Integrationsglied aufintegriert,
mit einer mit k
3 bezeichneten Normierungskonstante multipliziert und zur Regelung der in Figur 1 nicht
dargestellten PFC-Schaltung auf eine konstante Ausgangsspannung verwendet. Dazu werden
die Schaltvorgänge des Schalttransistors eines Schalttransistors der PFC-Schaltung,
etwa eines Hochsetzstellers, entsprechend getaktet, d.h. letztlich die Betriebsfrequenz
des Schalttransistors so verändert, dass die Ausgangsspannung und damit die Zwischenkreisspannung
U
zw möglichst konstant ist. Diese Zwischenkreisspannung gibt die PFC-Schaltung über die
Punkte 4 und 5 in Figur 1 an den durch die Schalttransistoren 6 und 7 gebildeten Halbbrückenoszillator
und den die Lampe 1 enthaltenden Lastkreis aus.
[0034] Der Halbbrückenoszillator mit den Schalttransistoren 6 und 7 liefert den durch die
Lampe 1 fließenden Lampenstrom I
Lamp, der über den Messwiderstand 13 von dem Mikrocontroller 12 gemessen wird. Dies ist
durch den aus dem Halbbrückenoszillator in Figur 3 nach rechts heraustretenden Pfeil
symbolisiert. In dem Mikrocontroller wird der Lampenstrom durch die mit den entsprechenden
elektrotechnischen Schaltsymbolen bezeichneten Elemente gleichgerichtet und verstärkt,
dann in einem mit PT
1 bezeichneten Tiefpassglied im Sinne einer Mittelwertsbildung gefiltert und schließlich
ADgewandelt.
[0035] Es folgt eine Verzweigung, die zum einen zu einem mit Detektionsschaltung bezeichneten
Block führt. Diese Detektionsschaltung berechnet über einen Zeitraum von 10ms die
Schwankungen der Lampenstromamplitude, d.h. die Differenz zwischen dem Maximum und
dem Minimum der Lampenstromamplitude bzw. der Einhüllenden innerhalb des genannten
Zeitraums. Wenn diese Differenz einen Wert von beispielsweise 50 mA überschreitet,
erhöht die Detektionsschaltung ihr Ausgangssignal, anderenfalls erniedrigt sie es.
Die Detektionsschaltung geht also davon aus, dass im Normalfall kein Ausgangssignal
notwendig ist und hat in diesem Normalfall das Ausgangssignal 0 (das auch nicht weiter
erniedrigt wird). Wenn der Schwellenwert von 50 mA überschritten wird, wird das Ausgangssignal
um einen bestimmten festen Wert erhöht und nach Ablauf des 10ms-Zeitraums wieder um
diesen festen Betrag erhöht, solange der 50 mA Schwellenwert überschritten ist.
[0036] Sobald der Schwellenwert nicht mehr überschritten wird, wird das Ausgangssignal schrittweise
erniedrigt, wobei vorzugsweise kleinere Schrittweiten als bei der Erhöhung Verwendung
finden. Dies geschieht bis zu einem Ausgangssignal von 0, wenn nicht zuvor wieder
der Schwellenwert für die Lampenstromschwankungen überschritten wird. Die Detektionsschaltung
erkennt also mittels des Schwellenwerts eine zu große Nähe zum kapazitiven Betrieb,
reagiert mit einem Ausgangssignal auf diese Detektion und fährt das Ausgangssignal
langsam zurück, sobald diese Detektion nicht mehr zutrifft.
[0037] Das beschriebene Ausgangssignal wird mit Rücksicht auf denkbare Messfehler begrenzt
und dann bei dem mit einem Minuszeichen symbolisierten Differenzglied von einem Lampenstrom-Sollwert
I
Lamp Soll subtrahiert. Von diesem korrigierten Lampenstrom-Sollwert wird wiederum der von dem
digitalen Mittelwertglied gemittelte Istwert des Lampenstroms I
Lamp substrahiert. Die Differenz dazwischen wird integriert und mit der mit k
1 symbolisierten Normierungskonstanten multipliziert. Die integrierte und normierte
Differenz zwischen dem durch die Detektionsschaltung korrigierten Lampenstrom-Sollwert
und dem Lampenstrom-Istwert wird daraufhin in dem durch einen Kreis symbolisierten
Glied gemäß dem mit Offset beschriebenen Pfeil mit einem Wert addiert, um eine Arbeitspunkteinstellung
durchzuführen. Dieser Wert steht für eine Periodendauer wiederum mit Rücksicht auf
denkbare Messfehler begrenzt und zur Ansteuerung der Schalttransistoren 6 und 7 des
Halbbrückenoszillators verwendet wird.
[0038] Man erkennt also insgesamt, dass zunächst die PFC-Schaltung auf eine konstante Zwischenkreisspannung
mit einem Sollwert U
zw-soll geregelt wird. Die von der PFC-Schaltung hindurchgelassene Modulation der Zwischenkreisspannung
beeinflusst über den Halbbrückenoszillator den Lampenstrom, der durch einen zweiten
Regelkreis auf einen Lampenstrom-Sollwert I
Lamp soll geregelt wird. Dazu findet ein einfacher langsamer I-Regelkreis Anwendung, weil nur
langfristige Drifteffekte berücksichtigt werden müssen. Dieser Lampenstrom-Sollwert
wiederum wird durch einen dritten Regelkreis, in den die Detektionsschaltung geschaltet
ist, so korrigiert, dass der Schwellenwert von 50mA für die Lampenstromamplitudenmodulationen
nicht dauerhaft überschritten wird.
[0039] Man erkennt ferner, dass die Erfindung neben der ohnehin vorgesehenen Lampenstromregelung
lediglich einen langsamen weiteren Regelkreis im Sinne eines zusätzlichen Softwareastes
aufweist, für den keine weitere Messwertermittlung notwendig ist. Vielmehr wird der
ohnehin gemessene und digitalisierte Lampenstrom verwendet.
[0040] Bei Bedarf kann die dargestellte Regelung durch ein weiteres Regelglied in dem Lampenstromregelkreis
ergänzt werden, mit dem die 100 Hz-Modulation des Lampenstroms gedämpft wird. Beispielsweise
könnte statt eines einfachen I-Reglers ein PI-Regler verwendet werden. Dies ändert
nichts daran, dass, wenn auch kleinere, Lampenstrommodulationen bleiben. Selbst wenn
die Lampenstrommodulationen komplett ausgeregelt werden würden, so könnten sie insoweit
für die erfindungsgemäße Detektion der Nähe zu dem kapazitiven Betrieb Verwendung
finden, als das Stellsignal des Lampenstromregelkreises stellvertretend für die Schwankungen
des Lampenstroms verwendet wird. Die Schwankungen des Lampenstroms wären dann gewissermaßen
nur noch regelungstechnisch existent und nicht mehr physikalisch vorhanden. Die Erfindung
bezieht sich auch auf diese Variante. Im Übrigen würde auch bei perfekter Lampenstromregelung
der Strom im kapazitiven Bereich einbrechen.
[0041] Im Übrigen ist bereits festgestellt worden, dass die Zwischenkreisspannung Uzw in
Figur 2 bzw. zwischen dem Anschluss 5 und Masse 4 in Figur 1 auch eine bewusst modulierte
Spannung aus einer Gleichspannungsquelle sein könnte. Dies würde am Prinzip dieses
Ausführungsbeispiels nichts ändern. In diesem Fall wäre allerdings die PFC-Schaltung
überflüssig.
[0042] Die Erfindung ermöglicht damit mit einem geringen Zusatzaufwand eine trotz Bauteiltoleranzen
und Lampenalterungsprozessen recht präzise Abstimmung der Betriebsschaltung auf einen
im Mittel resonanznahen Dauerbetrieb. Bei auftretenden Schwierigkeiten wird im Gegensatz
zum Stand der Technik der Lampenbetrieb fortgesetzt und infolge der Veränderung des
Stromsollwerts lediglich eine gewisse Leistungsverringerung vorgenommen. Aus der Perspektive
des Anwenders ist in einer mit kaum spürbar verringerter Helligkeit leuchtenden Lampe
gegenüber einer nicht funktionstüchtigen Lampe die bei weitem günstigere Lösung zu
sehen.
1. Betriebsschaltung für eine Entladungslampe (1) mit
einer Oszillatorschaltung (6, 7) zum Erzeugen einer Hochfrequenzversorgungsleistung
für einen die Entladungslampe (1) enthaltenden Lastkreis (1, 8 - 11) aus einer veränderlichen
Versorgungsleistung (5),
und einer Detektionsschaltung (12,13) zum Erkennen der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb
des Lastkreises (1, 8-11),
dadurch gekennzeichnet, dass eine Lampenregelschaltung (12, 13) zum Regeln des Lastkreises (1, 8 -11) auf einen
Regelsollwert (ILamp soll) vorgesehen ist
und dass die Betriebsschaltung dazu ausgelegt ist, ansprechend auf eine Erkennung
der Nähe zu einem kapazitiven Betrieb durch die Detektionsschaltung (12, 13) den Regelsollwert
(ILamp Soll) zu verkleinern.
2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Detektionsschaltung (12,13) die Höhe
von den Veränderungen der Versorgungsleistung (5) entsprechenden Schwankungen des
Lampenstroms (ILamp) erfasst.
3. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Detektionsschaltung (12,13) die Höhe
von den Veränderungen der Versorgungsleistung (5) entsprechenden Schwankungen einer
Stellgröße der Lampenregelschaltung (12,13) erfasst.
4. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Regelschaltung
(12,13) ein I-Regelglied aufweist.
5. Betriebsschaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei der die Detektionsschaltung (12,13)
einen Vergleich der Höhe der Schwankungen (ILamp) mit einem vorgegebenen Schwellenwert durchführt und den Regelsollwert (ILamp soll) nur dann verkleinert, wenn der Schwellenwert überschritten wird.
6. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer die Oszillatorschaltung
(6, 7) mit einer Gleichspannungsleistung (5) versorgenden und an einem Gleichrichter
angeschlossenen PFC-Schaltung, die auf die Gleichspannung (5) geregelt ist.
7. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer die Oszillatorschaltung
(6, 7) mit einer Gleichspannungsleistung (5) versorgenden und an einem Gleichrichter
angeschlossenen PFC-Schaltung, die auf die Gleichspannung (5) geregelt ist.
8. Betriebsschaltung nach Anspruch 7, bei der ein Mikrocontroller (12) eine Zwangssteuerschaltung
für die Oszillatorschaltung (6,7) und für die PFC-Schaltung enthält.