DE10102940A1 - Mikrocontroller, Schaltnetzteil, Vorschaltgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe und Verfahren zum Betreiben mindestens einer elektrischen Lampe - Google Patents
Mikrocontroller, Schaltnetzteil, Vorschaltgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe und Verfahren zum Betreiben mindestens einer elektrischen LampeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Mikrocontroller (MC) mit mindestens einer Einrichtung (G) zur Erzeugung pulsweiten- oder frequenzmodulierter Steuersignale für ein Schaltnetzteil. Erfindungsgemäß besitzt diese Einrichtung (G) eine Vorrichtung (SQ1, SS1) zum abwechselnden Laden und Entladen eines mit dem Mikrocontroller (MC) verbindbaren elektrischen Ladungsspeichers (C27), Steuermittel für diese Vorrichtung (SQ1, SS1) zum Steuern der Lade- und Entladevorgänge und Auswertungsmittel, um die Zeitspannen, die für die einzelnen Lade- und Entladevorgänge benötigt werden, zur Erzeugung von pulsweiten- oder frequenzmodulierten Steuersignalen auszuwerten. Der erfindungsgemäße Mikrocontroller (MC) generiert fein abgestufte, frequenzmodulierte oder pulsweitenmodulierte Steuersignale, die unabhängig von der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrollers (MC) sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Schaltnetzteil mit einem derartigen Mikrocontroller (MC) und ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe sowie ein Betriebsverfahren für elektrische Lampen. Die frequenz- oder pulsweitenmodulierten Steuersignale für die Wechselrichtertransistoren (V2, V3), für den Hochsetzstellertransistor (V1) und für den Transistor (V4) der Lampenelektrodenheizvorrichtung des Vorschaltgeräts werden unmittelbar von dem Mikrocontroller (MC) generiert.
Description
Die Erfindung betrifft einen Mikrocontroller gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1, ein Schaltnetzteil gemäß dem Patentanspruch 10, ein Vorschaltgerät für
mindestens eine elektrische Lampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11
und ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer elektrischen Lampe gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 25.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Mikrocontroller, der zur Ansteuerung der
Schalttransistoren eines Schaltnetzteils und zwar vorzugsweise eines Schaltnetzteils
zum Betrieb von elektrischen Lampen vorgesehen ist. Bei den üblicherweise zum
Betrieb von elektrischen Lampen eingesetzten Schaltnetzteilen handelt es sich um
Wechselrichter, insbesondere Halbbrücken-, Vollbrücken- und Push-Pull-Wechsel
richter, sowie um Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller. Moderne elektronische Vor
schaltgeräte zum Betrieb von elektrischen Lampen weisen in der Regel einen Wech
selrichter zur Erzeugung eines hochfrequenten Wechselstroms für den Lampenbe
trieb und oftmals auch einen Hochsetzsteller als Gleichspannungsversorgung für den
Wechselrichter auf. Die Ansteuerung der Schalttransistoren des Wechselrichters und
des Hochsetzstellers wird mittels Treiberschaltungen durchgeführt, die als in Analog
technik ausgeführte integrierte Schaltkreise ausgebildet sind. Zusätzlich enthalten
moderne elektronische Vorschaltgeräte für elektrische Lampen auch einen Mikro
controller, der in der Regel zur Kommunikation mit einer außerhalb des Vorschaltge
rätes angeordneten Steuereinheit und zur Auswertung der Steuerbefehle dieser Steu
ereinheit für den Lampenbetrieb sowie zur Überwachung des Lampenbetriebs dient.
Die europäische Offenlegungsschrift EP 0 708 579 A1 offenbart eine Schaltungsan
ordnung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe an einem Wechselrichter,
dessen Schalttransistoren mittels eines Mikrocontrollers und eines nachgeschalteten
integrierten Treiber-Schaltkreises mit pulsweitenmodulierten Steuersignalen beauf
schlagt werden. Die pulsweitenmodulierten Steuersignale werden mit Hilfe des im
Mikrocontrollers implementierten Auto-Reload-Timers generiert. Im Prinzip handelt
es sich hierbei um ein Zählwerk, das mit der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrol
lers arbeitet. Beim Zählvorgang werden das Erreichen eines Referenzwertes und der
Überlauf des Zählwerks überwacht. Während die Zeitspanne, die zum Erreichen des
Referenzwertes benötigt wird, liegt der Ausgang des Auto-Reload-Timers auf dem
Logikpegel "High" und während der Zeitspanne, die das Zählwerk zum Zählen aus
gehend von dem Referenzwert bis zum Zählerüberlauf benötigt, liegt der Ausgang
des Auto-Reload-Timers auf dem Logikpegel "Low". Auf diese Weise werden mit
Hilfe des Mikrocontrollers pulsweitenmodulierte Steuersignale für den Wechselrich
ter erzeugt, um in einem kleinen Frequenzbereich mit einer vergleichsweise geringen
Anzahl von diskreten Frequenzen einen Lampenbetrieb mit einer frequenzmodulier
ten Spannung zu ermöglichen.
Allerdings können auf diese Weise mit kostengünstigen Mikrocontrollern keine fein
abgestufte Pulsweitenmodulationssteuerung und keine fein abgestufte Frequenzsteu
erung des Wechselrichters durchgeführt werden, weil die kleinstmögliche, einstellba
re Änderung der Pulsweite oder der Frequenz des Steuersignals, die mit dem oben
erläuterten Zählwerk generierbar ist, von der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrol
lers und von der Speichergröße des Zählwerks begrenzt wird. Um beispielsweise den
Dimmbetrieb von Leuchtstofflampen an einem elektronischen Vorschaltgerät mittels
Frequenzmodulation des Lampenstroms zu ermöglichen, sind in dem Frequenzbe
reich von ca. 30 kHz bis 100 kHz Frequenzänderungen in Schritten von ungefähr
50 Hz erforderlich. Wenn diese Frequenzmodulation mit Hilfe des Auto-Reload-
Timers eines Mikrocontrollers generiert werden soll, wird hierfür ein Mikrocontrol
ler mit einer Arbeitstaktfrequenz von mehr als 100 MHz benötigt. Solche Mikrocontroller
können aber aus Kostengründen in elektronische Vorschaltgeräte für den Lam
penbetrieb nicht eingesetzt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Mikrocontroller mit einer verbesserten Ein
richtung zur Pulsweitenmodulationssteuerung und/oder Frequenzsteuerung eines
Schaltnetzteils bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit einem Mikrocontroller versehenes
Schaltnetzteil mit einer verbesserten Ansteuerung der Schaltmittel des Schaltnetzteils
bereitzustellen.
Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein mit einem Wechselrichter ausgestat
tetes Vorschaltgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe bereitzustel
len, das mit Hilfe eines Mikrocontrollers eine fein abgestufte Frequenzsteuerung
und/oder Pulsweitenmodulationssteuerung der Schaltmittel des Wechselrichters
ermöglicht.
Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung
von Frequenzsteuersignalen und/oder Pulsweitenmodulationssteuersignalen für die
Schaltmittel eines Wechselrichters eines Vorschaltgerätes zum Betreiben von elektri
schen Lampen mittels eines Mikrocontrollers anzugeben.
Die vorgenannten Aufgaben der Erfindung werden durch die Merkmale der unab
hängigen Patentansprüche 1, 10, 11 beziehungsweise 25 gelöst. Vorteilhafte Ausges
taltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße Mikrocontroller besitzt mindestens eine Einrichtung zur
Pulsweitenmodulationssteuerung und/oder Frequenzsteuerung eines Schaltnetzteils,
wobei diese Einrichtung
- - eine Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines mit dem Mikro controller verbindbaren oder in den Mikrocontroller integrierten Ladungsspei chers aufweist,
- - Steuermittel für die Vorrichtung zum Steuern der Ladevorgänge und/oder der Entladevorgänge aufweist, und
- - Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die zum Umladen des Ladungs speichers zwischen unterschiedlichen Ladezuständen erforderlichen Zeitspannen auszuwerten und in Abhängigkeit davon ein Pulsweitenmodulationssteuersignal und/oder Frequenzsteuersignal zu erzeugen.
Die Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers
und ihre Steuermittel ermöglichen es, bei einem Ladungsspeicher einander abwech
selnde kontrollierte Ladevorgänge und Entladevorgänge durchzuführen und mit Hilfe
der Auswertungsmittel die Zeitspannen, die für das teilweise Laden beziehungsweise
Entladen des Ladungsspeichers benötigt werden, auszuwerten und in Abhängigkeit
davon ein Pulsweitenmodulationssteuersignal und/oder Frequenzsteuersignal zu
erzeugen. Selbst wenn der erfindungsgemäße Mikrocontroller nur eine geringe Ar
beitstaktfrequenz besitzt, kann mit ihm eine fein abgestufte Pulsweitenmodulations
steuerung und/oder Frequenzsteuerung eines Schaltnetzteils realisiert werden, weil
die Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers
unabhängig von der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrollers arbeitet.
Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen
eines Ladungsspeichers eine steuerbare Stromquelle zum Beaufschlagen des
Ladungsspeichers mit einem einstellbaren Ladestrom und eine steuerbare
Stromsenke zum Beaufschlagen des Ladungsspeichers mit einem einstellbaren
Entladestrom. Die einzelnen Lade- und Entladevorgänge können dadurch
unabhängig voneinander gesteuert werden. Außerdem lassen sich die steuerbare
Stromquelle und Stromsenke in bekannter Weise mittels der Halbleitertechnologie
herstellen und in den Mikrocontroller integrieren. Um eine sehr feine Abstufung der
Pulsweitenmodulationssteuersignale und/oder Frequenzsteuersignale zu
ermöglichen, sind die steuerbare Stromquelle und die steuerbare Stromsenke derart
ausgebildet, dass ihre Einstellungen in Bezug auf einen Referenzstrompegel jeweils
mit einer Auflösung von mindestens 8 Bit variierbar sind. Der Referenzstrompegel
für den Lade- und den Entladestrom wird dabei vorteilhafterweise mit Hilfe eines
ohmschen Widerstandes vorgegeben. Als Steuermittel für die Vorrichtung zum
Als Steuermittel für die Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines
Ladungsspeichers ist vorteilhafterweise mindestens ein Schreib-Lese-Speicher vor
gesehen. Der Inhalt des Schreib-Lese-Speichers kann fortlaufend, beispielsweise
programmgesteuert, aktualisiert werden und zur Steuerung der Vorrichtung zum ab
wechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers gelesen werden. Die Steu
ermittel umfassen vorteilhafterweise ein Schaltmittel, das zum Umschalten der Vor
richtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers von Laden
zu Entladen des Ladungsspeichers bei Erreichen eines ersten Spannungswertes und
zum Umschalten der Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines
Ladungsspeichers von Entladen zu Laden des Ladungsspeichers bei Erreichen eines
zweiten, geringeren Spannungswertes dient. Mit Hilfe des Schaltmittels wird die
Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers auf
einfache Weise zu einander abwechselnden Lade- und Entladevorgänge gezwungen,
so dass der Ladezustand des Ladungsspeichers einer fortwährenden Oszillation un
terworfen ist, die zur Erzeugung von Frequenzsteuersignalen und/oder Pulsweiten
modulationssteuersignalen auswertbar ist. Der erste oder der zweite Spannungswert
sind vorteilhafterweise mittels eines Schreib-Lese-Speichers einstellbar. Dadurch
kann die vorgenannte Oszillation des Ladezustandes des Ladungsspeichers pro
grammgesteuert beeinflusst werden.
Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Mikrocontroller einen Frequenzteiler
oder einen Impulsteiler auf, der dazu dient, an seinem Eingang das Umschalten der
Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers von
Entladen zu Laden oder von Laden zu Entladen zu detektieren und das Eingangssig
nal in Signale zur alternierenden Steuerung von abwechselnd schaltenden Schaltmit
tels des Schaltnetzteils aufzuteilen. Mit Hilfe des Frequenzteilers oder Impulsteilers
kann die Oszillation des Ladezustandes des Ladungsspeichers zur Erzeugung von
Frequenzsteuersignalen und/oder Pulsweitenmodulationssteuersignalen für die
Schaltmittel eines Schaltnetzteile mit alternierend schaltenden Schaltmitteln ausge
wertet werden.
Der erfindungsgemäße Mikrocontroller besitzt außerdem vorteilhafterweise Schnitt
stellen zur Erfassung externer Signale oder Daten und weist eine Einrichtung zur
Auswertung der externen Signale oder Daten und zur programmgesteuerten Ermitt
lung von Stehwerten zur Steuerung der Vorrichtung zum abwechselnden Laden und
Entladen eines Ladungsspeichers auf. Dadurch kann eine Regelschleife für die Oszil
lation des Ladezustands des Ladungsspeichers in Abhängigkeit von externen Be
triebsparametern und den davon abgeleiteten Steilwerten realisiert werden.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil zeichnet sich durch einen Mikrocontroller nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 aus. Im Unterschied zu den bisher übli
chen Schaltnetzteilen, werden bei dem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil die Signale
zur Pulsweitenmodulation beziehungsweise zur Frequenzsteuerung der Schalttransis
toren des Schaltnetzteils von dem Mikrocontroller generiert. Die entsprechenden
Steuersignale werden vom Mikrocontroller direkt oder gegebenenfalls über Treiber
schaltungen an die Steuerelektroden der Schalttransistoren des Schaltnetzteils wei
tergeleitet. Wie bereits oben erwähnt wurde, sind diese Steuersignale unabhängig
von der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrollers.
Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen
Lampe besitzt einen Wechselrichter, mindestens einen an den Wechselrichter gekop
pelten Lastkreis mit Anschlüssen für die mindestens eine elektrische Lampe, eine
Steuerschaltung zur Steuerung der Schaltmittel des Wechselrichters und eine Gleich
spannungsversorgungsschaltung für den Wechselrichter, wobei die Steuerschaltung
einen Mikrocontroller mit einer Einrichtung zur Pulsweitenmodulationssteuerung
und/oder Frequenzsteuerung der Schaltmittel des Wechselrichters umfasst. Erfin
dungsgemäß weist die Einrichtung zur Pulsweitenmodulationssteuerung und/oder
Frequenzsteuerung der Schaltmittel des Wechselrichters
- - eine Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspei chers,
- - Steuermittel für die Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen des Ladungsspeichers, die zum Steuern der Ladevorgänge und/oder der Entladevor gänge dienen, und
- - Auswertungsmittel auf, die dazu dienen, die Dauer der abwechselnden Lade- und Entladevorgänge des Ladungsspeichers auszuwerten und in Abhängigkeit davon ein Frequenzsteuersignal und/oder ein Pulsweitenmodulationssteuersignal zur Steuerung der Schaltmittel des Wechselrichters zu erzeugen.
Die Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers,
der Ladungsspeicher und die Steuermittel für die Vorrichtung zum abwechselnden
Laden und Entladen eines Ladungsspeichers bilden einen Oszillator, der unabhängig
von der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrollers arbeitet. Die Oszillationen des La
dezustands des Ladungsspeichers werden mit Hilfe der Auswertungsmittel zur Er
zeugung von Frequenzsteuersignalen und/oder Pulsweitenmodulationssteuersignale
für den Wechselrichter ausgewertet.
Durch die obengenannten Merkmale des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes wird
es möglich, mit Hilfe eines relativ einfachen und kostengünstigen Mikrocontrollers
alle wesentlichen Steuerfunktionen eines modernen, dimmbaren Vorschaltgerätes zu
realisieren. Insbesondere sind das die Leistungsfaktorkorrektur, die Steuerung des
Wechselrichters, die Steuerung der Lampenelektrodenheizung, die Regelung des
Lastkreises, die Helligkeitssteuerung der Lampen und die Überwachung des Lam
penbetriebs. Gegenüber den bisher üblichen Vorschaltgeräten, die entweder einen
freischwingenden Wechselrichter oder einen mittels eines Integrierten Schaltkreises
fremdgesteuerten Wechselrichter aufweisen und eine Überwachung des Lampenbe
triebs nur mit zahlreichen zusätzlichen Bauteilen gewährleisten können, kommt das
erfindungsgemäße Vorschaltgerät mit vergleichsweise wenigen zusätzlichen Bautei
len aus. Die meisten Funktionen werden bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät
von dem Mikrocontroller übernommen. Besonders einfach lässt sich mit dem erfin
dungsgemäßen Vorschaltgerät beispielsweise die End-of-Life-Überwachung der
Lampe realisieren, die bei den Vorschaltgeräten gemäß dem Stand der Technik sehr
aufwendig und teuer ist.
Zur abwechselnden Steuerung der Schaltmittel des Wechselrichters weist die Ein
richtung zur Pulsweitenmodulationssteuerung und/oder Frequenzsteuerung vorteil
hafterweise einen Frequenzteiler oder einen Impulsteiler auf, der an seinem Eingang
das Umschalten der Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines La
dungsspeichers von Entladen zu Laden oder von Laden zu Entladen des Ladungs
speichers detektiert und das Eingangssignal in Signale zur alternierenden Steuerung
der Schaltmittel des Wechselrichters aufteilt.
Um die Lampenelektroden mit einem Heizstrom zu beaufschlagen, besitzt das erfin
dungsgemäße Vorschaltgerät vorteilhafterweise eine mit einem steuerbaren Schalt
mittel ausgestattete Heizvorrichtung und der Mikrocontroller weist einen Kompara
tor auf, der den Ladezustand des Ladespeichers mit einem Referenzwert für die
Lampenelektrodenheizung vergleicht und der zum Erzeugen eines Steuersignals zur
Pulsweitenmodulation des steuerbaren Schaltmittels der Heizvorrichtung dient. Da
durch kann die Oszillation des oben erläuterten Oszillators nicht nur zur Steuerung
des Wechselrichters, sondern zusätzlich auch zur Regelung des Heizstroms für die
Lampenelektroden ausgewertet werden. Der Referenzwert für die Lampenelektro
denheizung ist vorteilhafterweise mittels eines Schreib-Lese-Speichers einstellbar,
um den Heizstrom für die Lampenelektroden an die unterschiedlichen Betriebszu
stände der Lampe anpassen zu können. Der Mikrocontroller weist außerdem vorteil
hafterweise Synchronisationsmittel zur Synchronisierung des steuerbaren Schaltmit
tels der Heizvorrichtung mit einem Schaltmittel des Wechselrichters auf. Dadurch
vereinfacht sich die Ansteuerung des Schaltmittels der Heizvorrichtung. Außerdem
wird dadurch das Schwingverhalten des Wechselrichters positiv beeinflusst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät weist die Gleichspannungsversorgungs
schaltung des Wechselrichters vorteilhafterweise einen Hochsetzsteller zur Leis
tungsfaktorkorrektur und/oder zum Erzielen einer möglichst sinusförmigen Netz
stromentnahme auf, und der Mikrocontroller ist mit einer zweiten Vorrichtung zum
abwechselnden Laden und Entladen eines zweiten Ladungsspeichers sowie mit zwei
ten Steuermitteln für diese zweite Vorrichtung zum Steuern der Lade- und/oder
Entladevorgänge ausgestattet. Die zweite Vorrichtung zum abwechselnden Laden
und Entladen eines Ladungsspeichers, der zweite Ladungsspeicher und die zweiten
Steuermittel für diese zweite Vorrichtung bilden einen zweiten Oszillator, der eben
falls unabhängig von der Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrollers arbeitet. Der Mikrocontroller
ist außerdem mit zweiten Auswertungsmitteln ausgestattet, die dazu die
nen, die Oszillationen des Ladezustands des zweiten Ladungsspeichers zur Erzeu
gung von Pulsweitenmodulationssteuersignalen und/oder Frequenzsteuersignalen
für das steuerbare Schaltmittel des Hochsetzstellers auszuwerten. Insbesondere wer
den hierfür die zum Umladen des zweiten Ladungsspeichers zwischen unterschiedli
chen Ladezuständen erforderlichen Zeitspannen ausgewertet. Der Mikrocontroller
übernimmt damit zusätzlich auch die Steuerung des Hochsetzstellers.
Um die Oszillationen des Ladezustands des zweiten Ladungsspeichers zur Erzeu
gung von Pulsweitenmodulationssteuersignalen und/oder Frequenzsteuersignalen
auszuwerten, weisen die zweiten Auswertungsmittel vorteilhafterweise einen ersten
Komparator zum Vergleich des Ladezustands des zweiten Ladungsspeichers mit ei
nem ersten Spannungswert und einen zweiten Komparator zum Vergleich des Lade
zustands des zweiten Ladungsspeichers mit einem zweiten, niedrigeren Spannungs
wert auf, und die zweiten Steuermittel besitzen vorteilhafterweise Schaltmittel, die
zum Umschalten der zweiten Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen
eines Ladungsspeichers von Laden zu Entladen des zweiten Ladungsspeichers bei
Erreichen des ersten Spannungswertes und zum Umschalten der zweiten Vorrichtung
zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers von Entladen zu
Laden des zweiten Ladungsspeichers bei Erreichen des zweiten, geringeren Span
nungswertes dienen. Vorteilhafterweise ist der erste oder zweite Spannungswert mit
tels eines Schreib-Lese-Speichers einstellbar. Dadurch kann der erste oder zweite
Spannungswert, beispielsweise mittels eines vom Mikrocontroller ausgeführten Pro
gramms, verändert werden und zur Steuerung der zweiten Vorrichtung zum abwech
selnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers gespeichert werden.
Die beiden Vorrichtungen zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungs
speichers weisen vorteilhafterweise jeweils eine steuerbare Stromquelle zum Beauf
schlagen des Ladungsspeichers bzw. des zweiten Ladungsspeichers mit einem ein
stellbaren Ladestrom und jeweils eine steuerbare Stromsenke zum Beaufschlagen des
Ladungsspeichers bzw. des zweiten Ladungsspeichers mit einem einstellbaren Entla
destrom auf. Die steuerbaren Stromquellen und Stromsenken lassen sich auf bekannte
Weise mit Hilfe der Halbleitertechnologie herstellen und in den Mikrocontroller
integrieren. Die beiden Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines
Ladungsspeichers können dadurch mit einfachen Mitteln als Bestandteil des Mikro
controllers hergestellt werden. Um eine feine Abstufung der Frequenzsteuersignale
oder der Pulsweitensmodulationssteuersignale zu gewährleisten, sind die Einstellun
gen der steuerbaren Stromquellen und Stromsenken in Bezug auf einen Referenz
strompegel jeweils mit einer Auflösung von mindestens 8 Bit variierbar. Der vorge
nannte Referenzstrompegel für den Ladestrom und den Entladestrom ist vorteilhaft
erweise mittels eines ohmschen Widerstandes vorgebbar. Dadurch ist es möglich, die
Steuerung des Wechselrichters durch entsprechende Dimensionierung des ohmschen
Widerstandes an unterschiedliche Netzspannungen anzupassen. Um Bauteile einzu
sparen, wird vorzugsweise außerdem nur ein einziger ohmscher Widerstand zur Vor
gabe desselben Referenzstrompegels für die Lade- und Entladeströme der beiden
Ladungsspeicher verwendet.
Der Mikrocontroller des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts besitzt vorteilhafter
weise mindestens ein setzbares und rücksetzbares Statusbit, über das mindestens ein
steuerbares Schaltmittel des Wechselrichters aktivierbar und deaktivierbar ist. Mit
Hilfe dieses Statusbits kann auf einfache Weise eine Abschaltung des Wechselrich
ters bei defekter Lampe oder eine End-of-Life-Überwachung der Lampe realisiert .
werden. Stattdessen kann natürlich auch das steuerbare Schaltmittel des Hochsetz
stellers und damit die Spannungsversorgung des Wechselrichters mittels des Status
bits deaktiviert werden, um auf einfache Weise eine Sicherheitsabschaltung des Vor
schaltgerätes zu realisieren. Vorteilhafterweise besitzt der Mikrocontroller ein oder
mehrere weitere setzbare und rücksetzbare Statusbits, um die Pulsweitenmodulati
onssteuerung des Hochsetzstellers oder des Wechselrichters wahlweise aus- oder
einschalten zu können. Dadurch ist es möglich, die steuerbaren Schaltmittel des
Hochsetzstellers und des Wechselrichters wahlweise ausschließlich mit Frequenz
steuersignalen oder Pulsweitenmodulationssteuersignalen oder mit Frequenzsteuer
signalen und Pulsweitenmodulationssteuersignalen zu beaufschlagen.
Der Mikrocontroller des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes ist vorteilhafterweise
mit Schnittstellen zur Erfassung von Betriebsparametern des Hochsetzstellers oder
des Wechselrichters oder der mindestens einen elektrischen Lampe versehen, um
mittels einer programmgesteuerten Einrichtung des Mikrocontrollers die Betriebspa
rameter auszuwerten und Stellwerte für die Steuerung der Vorrichtungen zum ab
wechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers zu erzeugen oder den Re
ferenzwert für die Lampenelektrodenheizung oder den ersten bzw. zweiten Refe
renzwert für die Steuerung des Hochsetzstellers zu ermitteln. Vorzugsweise ist der
Mikrocontroller mit Schnittstellen zur Erfassung mindestens eines Betriebsparame
ters des Hochsetzstellers, des Wechselrichters und des Lastkreises bzw. der mindes
tens einen elektrischen Lampe versehen. Dadurch können Regelschleifen für den
Hochsetzsteller, den Wechselrichter und den Lastkreis mit der Lampe aufgebaut
werden.
Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät besitzt vorteilhafterweise Anschlüsse und Mit
tel zur Kommunikation mit einer extern angeordneten Steuervorrichtung, die wieder
um an Schnittstellen des Mikrocontrollers gekoppelt sind. Dadurch ist das erfin
dungsgemäße Vorschaltgerät auf den Empfang und die Verarbeitung von Steuerbe
fehlen einer externen Steuervorrichtung sowie an die Aussendung von Statusmel
dungen an die externe Steuervorrichtung vorbereitet. Diese Prozesse werden eben
falls von dem Mikrocontroller des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes kontrolliert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben mindestens einer elektrischen
Lampe an einem Vorschaltgerät, das einen Wechselrichter mit einer einen Mikro
controller enthaltenden Steuerschaltung für die Schaltmittel des Wechselrichters und
mindestens einen an den Wechselrichter gekoppelten Lastkreis mit Anschlüssen für
die mindestens eine Lampe besitzt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
mit Hilfe des Mikrocontrollers ein Ladungsspeicher abwechselnd mit einem Lade
strom und einem Entladestrom beaufschlagt wird, und die Dauer der abwechselnden
Lade- und Entladevorgänge des Ladungsspeichers ausgewertet wird und in Abhän
gigkeit davon ein Frequenzsteuersignal oder/und ein Pulsweitenmodulationssteuer
signal zur alternierenden Steuerung der Schaltmittel des Wechselrichters erzeugt
wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, unabhängig von der Arbeits
taktfrequenz des Mikrocontrollers mit Hilfe des Mikrocontrollers Steuersignale zur
Frequenzsteuerung oder/und zur Pulsweitenmodulation des Wechselrichters zu ge
nerieren. Dadurch kann ein vergleichsweise kostengünstiger Mikrocontroller, das
heißt, ein Mikrocontroller mit einer niedrigen Arbeitstaktfrequenz, in dem erfin
dungsgemäßen Vorschaltgerät zur Realisierung aller wesentlichen Steuerfunktionen
verwendet werden.
Um die Schaltmittel des Wechselrichters abwechselnd anzusteuern, wird vorteilhaft
erweise ein Frequenzteiler oder ein Impulsteiler verwendet, der das Umschalten der
Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers von
Entladen zu Laden des Ladungsspeichers oder von Laden zu Entladen des Ladungs
speichers detektiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch eine Heizung der Lampenelektro
den, indem der Heizstrom für die Lampenelektroden mittels eines steuerbaren
Schaltmittels geregelt wird. Vorteilhafterweise werden die Signale zur pulsweiten
modulierten Steuerung des steuerbaren Schaltmittels der Heizvorrichtung mit Hilfe
eines Komparators generiert, der den Ladezustand des Ladungsspeichers mit einem
Referenzwert für die Lampenelektrodenheizung vergleicht. Auf diese Weise können
sowohl für die Schaltmittel des Wechselrichters als auch für das steuerbare Schalt
mittel der Heizvorrichtung Frequenzsteuersignale oder/und Pulsweitenmodulations
teuersignale erzeugt werden, indem die Dauer der Lade- und Entladevorgänge des
Ladungsspeichers ausgewertet wird. Der Referenzwert für die Lampenelektrodenhei
zung wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung
eingestellt und in einem Schreib-Lese-Speicher des Mikrocontrollers gespeichert.
Die Heizleistung kann dadurch programmgesteuert mittels des Mikrocontrollers ein
gestellt werden. Außerdem wird das steuerbare Schaltmittel zur Regelung des Heiz
stroms vorteilhafterweise synchron mit einem Schaltmittel des Wechselrichters ein
geschaltet. Dadurch vereinfacht sich die Ansteuerung des steuerbaren Schaltmittels
der Heizvorrichtung. Die Einschaltdauer des steuerbaren Schaltmittels zur Regelung
des Heizstrom ist vorzugsweise kleiner oder gleich der Einschaltdauer des entspre
chenden Schaltmittels des Wechselrichters.
Die Gleichspannungsversorgung des Wechselrichters wird mit Hilfe eines Hochsetz
stellers geregelt, um eine Leistungsfaktorkorrektur und/oder eine sinusförmige
Netzstromentnahme zu gewährleisten. Vorteilhafterweise werden die Pulsweitenmo
dulationssteuersignale und/oder die Frequenzsteuersignale für das steuerbare
Schaltmittel des Hochsetzstellers ebenfalls mit Hilfe des Mikrocontrollers erzeugt,
indem ein zweiter Ladungsspeicher zwischen unterschiedlichen Ladezuständen um
geladen wird und die Zeitspannen zum Umladen des zweiten Ladungsspeichers zur
Erzeugung der Pulsweitenmodulationssteuersignale und/oder der Frequenzsteuer
signale für das steuerbare Schaltmittel des Hochsetzstellers ausgewertet werden.
Derselbe Mikrocontroller, der zur Steuerung des Wechselrichter genutzt wird, kann
so auch zur Steuerung des Hochsetzstellers verwendet werden. Das Umladen des
zweiten Ladungsspeichers kann auf einfache Weise mittels zweier Komparatoren
detektiert und ausgewertet werden, indem der erste Komparator den Ladezustand des
zweiten Ladungsspeichers mit einem ersten Spannungswert und der zweite Kompa
rator den Ladezustand des zweiten Ladungsspeichers mit einem zweiten, niedrigeren
Spannungswert vergleicht. Beim Erreichen des ersten Spannungswertes wird der
Ladevorgang beendet und der Entladevorgang des zweiten Ladungsspeichers gestar
tet, während beim Erreichen des zweiten, geringeren Spannungswertes der Entlade
vorgang beendet und der Ladevorgang des zweiten Ladungsspeichers erneut gestartet
wird. Der erste oder zweite Spannungswert werden vorteilhafterweise mittels eines
Schreib-Lese-Speichers eingestellt. Dadurch kann der entsprechende Spannungswert
programmgesteuert variiert werden.
Vorteilhafterweise werden mit Hilfe des Mikrocontrollers Istwerte von Betriebspa
rametern des Wechselrichters oder/und der Gleichspannungsversorgungsschaltung
des Wechselrichters oder/und der mindestens einen elektrischen Lampe überwacht
und zur Steuerung der Lade- beziehungsweise Entladevorgänge der Ladungsspeicher
oder/und zur Bestimmung des Referenzwertes für die Lampenelektrodenheizung
oder/und zur Bestimmung des ersten oder/und zweiten Spannungswertes ausgewertet.
Dadurch können Regelschleifen für die Steuerung des Wechselrichters und
seiner Gleichspannungsversorgung sowie für die Lampenelektrodenheizung realisiert
werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung der ersten Hälfte der Schaltungsanordnung
gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Vorschaltgerätes
Fig. 2 Eine schematische Darstellung der zweiten Hälfte der Schaltungsanord
nung gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemä
ßen Vorschaltgerätes
Fig. 3 Ein Blockschaltbild des Mikrocontrollers
Fig. 4 Ein Blockschaltbild des zweiten Steuermoduls G zur Steuerung des Halb
brückenwechselrichters und der Heizvorrichtung
Fig. 5 Ein Diagramm der Steuersignale für den Wechselrichter und die Heizvor
richtung
Fig. 6 Ein Blockschaltbild des ersten Steuermoduls E zur Steuerung des Hoch
setzstellers
Fig. 7 Ein Diagramm der Steuersignale für den Hochsetzsteller
In den Fig. 1 und 2 ist die Schaltungsanordnung des bevorzugten Ausführungs
beispiels des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes schematisch dargestellt. Wegen
ihrer Größe musste die Schaltungsanordnung auf zwei Blättern dargestellt werden.
An den mit J10 bis J26 bezeichneten Verbindungsstellen sind die beiden, in den
Fig. 1 und 2 abgebildeten Hälften der Schaltungsanordnung miteinander verknüpft.
Bei diesem Vorschaltgerät handelt es sich um ein sogenanntes elektronisches Vorschaltgerät
zum Betrieb von Leuchtstofflampen. Das Vorschaltgerät weist zwei Netz
spannungsanschlüsse J1, J2 auf, an die eine aus dem Kondensator C1 und dem
Transformator L1 bestehende Filterschaltung zur Funkentstörung des Vorschaltgerä
tes angeschlossen ist. Diese Filterschaltung ist mit einem Brückengleichrichter ver
bunden, der von vier Gleichrichterdioden D1, D2, D3 und D4 gebildet wird. Dem
Brückengleichrichter D1-D4 ist der Kondensator C2 nachgeschaltet, der den Gleich
spannungsausgang des Brückengleichrichters D1-D4 bildet. An den Kondensator C2
ist ein Hochsetzsteller angeschlossen, der den Feldeffekttransistor V1, die Drossel
L2, die Diode D5 und den Widerstand R13 umfasst. Die an dem Kondensator C2
anliegende Gleichspannung dient als Versorgungsspannung für den Hochsetzsteller.
Die Gate-Elektrode des Transistors V1 ist über den Widerstand R4 mit dem Pin 4 des
Mikrocontrollers MC verbunden, der die Steuerung des Transistors V1 übernimmt.
Der Spannungsausgang des Hochsetzstellers wird von dem Zwischenkreiskondensa
tor C3 gebildet. Die Spannung am Zwischenkreiskondensator C3 wird mittels der
Spannungsteilerwiderstände R2, R5 am Pin 21 des Mikrocontrollers MC überwacht.
Zusätzlich wird zur Steuerung des Transistors V1 auch die Spannung am Kondensa
tor C2 mit Hilfe der Spannungsteilerwiderstände R1, R18 am Pin 20 des
Mikrocontrollers MC detektiert.
An dem Zwischenkreiskondensator C3 wird eine geglättete Gleichspannung zur Ver
sorgung des nachgeschalteten Halbbrückenwechselrichters bereitgestellt. Der Halb
brückenwechselrichter besteht im wesentlichen aus den Feldeffekttransistoren V2,
V3, den Trapezkondensatoren C10, C11, der Drossel L4, den Koppelkondensatoren
C15, C16 und dem Zündkondensator C12. An den Mittenabgriff zwischen den bei
den Transistoren V2, V3 des Wechselrichters ist ein Lastkreis angeschlossen, der die
Drossel L4, den Zündkondensator C12, die Anschlüsse X1 bis X8 für die Elektro
denwendeln E1, E2 und E3, E4 der zwei parallel geschaltete Leuchtstofflampen LP1,
LP2, den Transformator L5 und die Koppelkondensatoren C15, C16 umfasst. Der
Zündkondensator C12 ist zu beiden Lampen LP1, LP2 parallel geschaltet. Die Kop
pelkondensatoren C15, C16 sind jeweils in Serie zu einer der Lampen LP1, LP2 an
geordnet. Der Transformator L5 dient zur Symmetrisierung der Ströme in den Lam
penstromkreisen. Zu diesem Zweck ist jeweils eine der Transformatorwicklungen in
einem der Lampenstromkreise, das heißt, in Serie zu einer der Lampen LP1, LP2
angeordnet. Die beiden Lampenstromkreise sind bei dem Anschluss X8 und bei den
beiden mit der schaltungsinternen Masse GRD verbundenen Anschlüssen der Kop
pelkondensatoren C15, C16 wieder zusammengeführt. Die Gate-Elektroden der
Transistoren V2, V3 werden über die Widerstände R6 bzw. R7 von dem Mikrocont
roller MC mit Hilfe des Integrierten Schaltkreises IC gesteuert, der im wesentlichen
nur Treiberschaltungen für die Ansteuerung der Wechselrichtertransistoren und
Schaltungen zur Erzeugung von Hilfsspannungen für den Mikrocontroller MC auf
weist. Der Halbbrückenwechselrichter generiert im Lastkreis für die Lampen LP1,
LP2 einen hochfrequenten Strom mit einer Frequenz zwischen ca. 30 kHz und
100 kHz. Nach der Zündung der Gasentladung in den Lampen LP1, LP2 fließen in
beiden Lampenstromkreisen über den Anschluss X8, die Entladungsstrecke der
Lampe LP1 bzw. LP2, den Anschluss X5 bzw. X7 und über den Koppelkondensato
ren C16 bzw. C15 hochfrequente Lampenströme. Die Drossel L4 und der Zündkon
densator C12 sind als Serienresonanzkreis ausgebildet. Die zum Zünden der Gasent
ladung in den Leuchtstofflampen erforderliche Zündspannung wird mittels der Me
thode der Resonanzüberhöhung an dem Zündkondensator C12 bereitgestellt, indem
während der Zündphase die Schaltfrequenz der Transistoren V2, V3 des Halbbrü
ckenwechselrichters der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises angenähert
wird. Der Mittenabgriff zwischen der Drossel L4 und dem Zündkondensator C12 ist
über den Kondensator C22, den Widerstand R24 und die in Vorwärtsrichtung gepolte
Diode D12 an den Pin 18 des Mikrocontrollers MC angeschlossen. An dem Pin 18
wird mittels der Widerstände R24, R25, der Dioden D12, D13 und der Kondensato
ren C22, C23 eine Halbwelle des Wechselstromanteils des Laststroms überwacht.
Die andere Halbwelle des Wechselstromanteils des im Lastkreis fließenden Stroms
wird durch die Diode D13 auf das schaltungsinterne Massepotential GRD geklemmt.
Der Pin 19 des Mikrocontrollers MC ist über den Widerstand R27 mit der Source-
Elektrode des Transistors V3 verbunden und über den Kondensator C24 an das
schaltungsinterne Massepotential GRD gekoppelt. Der Widerstand R9 verbindet die
Source-Elektrode des Transistors V3 mit dem schaltungsinternen Massepotential
GRD. Am Pin 19 wird der Strom durch den Transistor V3 überwacht.
Das Vorschaltgerät weist ferner eine Heizvorrichtung für die Elektroden E1-E4 der
beiden Leuchtstofflampen auf, die an den Mittenabgriff zwischen den beiden Feldef
fekttransistoren V2, V3 des Halbbrückenwechselrichters angeschlossen ist. Diese
Heizvorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Feldeffekttransistor V4 und dem
Transformator L3. Die Primärwicklung des Transformators L3 ist einerseits mit dem
Mittenabgriff zwischen den Transistoren V2, V3 und andererseits mit dem Drain-
Anschluss des Transistors V4 sowie in Gleichstromvorwärtsrichtung über die Diode
D8 mit dem positiven Pol des Zwischenkreiskondensators C3 verbunden. Die Sour
ce-Elektrode des Transistors V4 ist über den Widerstand R17 mit dem schaltungsin
ternen Massepotential GRD verbunden. Die drei Sekundärwicklungen des Transfor
mators L3 sind, bei angeschlossenen Lampen LP1, LP2, jeweils gemeinsam mit einer
Gleichrichterdiode D9 bzw. D10 bzw. D11 in einem geschlossenen Stromkreis zum
Heizen der Elektrodenwendeln E1 und E3 bzw. der Elektrodenwendel E2 bzw. E4
angeordnet. Der Heizstrom in den drei mit den Sekundärwicklungen des Transforma
tors L3 bestückten Heizkreisen wird durch den Schalttakt des Transistors V4 gere
gelt. Zur Steuerung des Schalttakts des Transistors V4 ist seine Gate-Elektrode über
den Widerstand R26 mit dem Pin 10 des Mikrocontrollers MC verbunden. Die Heiz
vorrichtung dient einerseits zum Vorheizen der Elektrodenwendeln E1-E4 bevor die
Gasentladung in den Lampen LP1, LP2 gezündet wird, und andererseits zum Heizen
der Elektrodenwendeln E1-E4 während des Dimmbetriebs der Lampen LP1, LP2.
Der Heizstrom, das heißt, der Strom durch die Primärwicklung des Transformators
L3 und den Transistor V4, wird mit Hilfe des RC-Gliedes R23, C18 an dem Pin 17
des Mikrocontrollers MC überwacht. Zu diesem Zweck ist der Pin 17 über den
Widerstand R23 mit der Source-Elektrode des Transistors V4 verbunden.
Mit Hilfe des Widerstandes R10 und der Diode D9 ist ein Gleichstrompfad realisiert,
der ausgehend von dem positiven Pol des Kondensators C3, über den Widerstand
R10, den Anschluss X3, die Elektrodenwendel E1, den Anschluss X8, die Elektro
denwendel E3, den Anschluss X2 und über die Widerstände R14, R22 zu dem schal
tungsinternen Massepotential GRD geführt ist. Dieser Gleichstrompfad ist unterbro
chen, wenn eine der Lampen LP 1 oder LP2 fehlt oder eine der Elektrodenwendeln
E1 oder E3 defekt ist. Der Mittenabgriff zwischen den Widerständen R14, R22 ist
mit dem Pin 25 des Mikrocontrollers MC verbunden, um den Gleichstrompfad zu
überwachen. Zwei weitere Gleichstrompfade sind mit Hilfe des Widerstandes R11
bzw. R12 und der Dioden D10 bzw. D11 sowie der Widerstände R16, R20 bzw. R15,
R21 realisiert, um die Elektrodenwendeln E2 bzw. E4 zu überwachen. Ein Bruch der
Elektrodenwendel E2 bzw. E4 wird über die entsprechende Wicklung des Transfor
mators L5 und den Widerstand R16 bzw. R15 an dem Pin 16 bzw. 15 von dem Mik
rocontroller MC detektiert. An den Pins 15, 16 des Mikrocontrollers MC wird außer
dem auch mittels der Spannungsteilerwiderstände R15, R21 bzw. R16, R20 der
Strom durch die Lampe LP1 bzw. LP2 oder der Spannungsabfall an dem Koppel
kondensator C15 bzw. C16 überwacht, um den am Ende der Lebensdauer der Lampe
LP1 oder LP2 auftretenden Gleichrichteffekt der Lampe LP1 oder LP2 zu detektie
ren.
Das Vorschaltgerät weist außerdem eine Kommunikationseinrichtung DS zur Kom
munikation mit einer externen Steuervorrichtung (nicht abgebildet) auf. Diese Ein
richtung DS besitzt zwei Anschlüsse J3, J4, die mit der externen Steuervorrichtung
verbindbar sind. Die Anschlüsse J3, J4 dienen zum Empfang von digitalen oder ana
logen Steuersignale von der externen Steuervorrichtung und zum Senden von Infor
mationen, beispielsweise über den Betriebszustand der Lampen, von dem Vorschalt
gerät an die externe Steuervorrichtung. Über die Anschlüsse J3, J4 ist eine bidirekti
onale Verbindung mit der externen Steuervorrichtung möglich. Ein Ausgang der
Kommunikationseinrichtung DS ist mit dem schaltungsinternen Massepotential GRD
verbunden. Der Pin 6 des Mikrocontrollers MC ist zur Übermittlung von Daten an
die externe Steuereinheit mit dem Eingang der Kommunikationseinrichtung D5 ver
bunden und der Pin 5 des Mikrocontrollers MC ist zum Empfang und zur Auswer
tung von Steuerbefehlen von der externen Steuervorrichtung an den Ausgang der
Kommunikationseinrichtung DS angeschlossen.
Der Integrierte Schaltkreis IC enthält Treiberschaltungen für die Transistoren V2,
V3, insbesondere eine Bootstrap-Schaltung für den Transistor V2 und Level-Shift-
Schaltungen für die Steuerung der Transistoren V2, V3. Der Kondensator C9 und die
Pins 1, 2, 3 und 14 des Integrierten Schaltkreises IC sind diesen Treiberschaltungen
der Transistoren V2, V3 zugeordnet. Die Steuersignale zur Regelung des Schalttak
tes der Transistoren V2, V3 bzw. zur Frequenzsteuerung des Halbbrückenwechsel
richters werden von den Mikrocontroller MC generiert und über den Pin 24 bzw. 23
dem Pin 9 bzw. 10 des Integrierten Schaltkreises IC zugeführt. Mit Hilfe des Wider
standes R8, der den Pin 13 des Integrierten Schaltkreises IC mit dem Source-
Anschluss des Transistors V3 verbindet, und des Kondensators C8, über den der Pin
13 des Integrierten Schaltkreises IC an das Massepotential GRD gekoppelt ist, wird
ein Detektor realisiert, der eine zu hohe Strombelastung der Transistoren V2, V3
verhindert. Über den Widerstand R3 ist der Pin 5 des Integrierten Schaltkreises IC
mit dem positiven Pol des Kondensators C2 verbunden. Über den Pin 5 wird wäh
rend der Startphase, das heißt, bevor der Halbbrückenwechselrichter seine Oszillati
on aufgenommen hat, eine Spannungsversorgung des Integrierten Schaltkreises IC
gewährleistet. An den Pins 8 und 11 des Integrierten Schaltkreises IC werden mit
Hilfe der Kondensatoren C14 bzw. C25 Hilfsspannungen von 5 V bzw. 15 V für den
Mikrocontroller MC bereitgestellt. Solange der Halbbrückenwechselrichter oszilliert,
wird die Spannung zur Versorgung des Integrierten Schaltkreises IC und des Mikro
controllers MC mittels des an den Pin 7 des Integrierten Schaltkreises IC und an den
Mittenabgriff zwischen dem Zündkondensator C12 und der Drossel L4 angeschlos
senen Kondensators C13 und mittels eines in dem Integrierten Schaltkreis IC integ
rierten Zweipunktreglers aus dem Lastkreis abgeleitet.
Nachstehend werden der Aufbau des Mikrocontrollers MC und die Erzeugung der
Steuersignale für die Transistoren V1-V4 mit Hilfe des Mikrocontrollers MC näher
erläutert.
In Fig. 3 ist der Aufbau des Mikrocontrollers MC schematisch dargestellt. Der Mik
rocontroller MC besitzt einen Taktgeber, der den Arbeitstakt des Mikrocontrollers
bestimmt, eine zentrale Prozessoreinheit, einen Programmspeicher, einen Datenspei
cher und eine mathematische Einheit zur Durchführung einfacher mathematischer
Operationen. Die vorgenannten Teile des Mikrocontrollers MC werden in dem
Blockschaltbild der Fig. 2 durch das Modul A repräsentiert. Dem Modul A sind die
Pins 1 und 2, 15 bis 22 und 23 bis 28 zugeordnet. An den Pins 1 bis 2 ist der
Schwingquarz B2 zur Steuerung des Taktgebers angeschlossen. Die Arbeitstaktfre
quenz des Mikrocontrollers beträgt 8 MHz. Das Modul B ist ein Interface, das zur
Aufbereitung der digitalen oder analogen Daten für die Kommunikation mit der
Kommunikationseinrichtung DS dient. Dem Modul B sind die Pins 5 und 6 des Mik
rocontrollers MC zugeordnet. Bei dem Modul C handelt es sich um eine 5 V-
Spannungsversorgung, die über die Pins 11 und 12 des Mikrocontrollers MC mit
dem Kondensator C14 bzw. mit dem Massepotential GRD verbunden ist. Durch den
Adress- und Datenbus D sind alle Komponenten des Mikrocontrollers MC miteinan
der verbunden. Das erste Kontrollmodul E und die ihm zugeordneten Pins 3, 4 und 9
des Mikrocontrollers MC dient zur Steuerung des Transistors V1 des Hochsetzstel
lers. Das zweite Kontrollmodul G und die ihm zugeordneten Pins 7, 8 und 10 des
Mikrocontrollers MC dient zur Steuerung der Transistoren V2 und V3 des Halbbrü
ckenwechselrichters sowie zur Steuerung des Transistors V4 der Heizvorrichtung.
Beide Kontrollmodule E, G sind über den Datenbus F miteinander verbunden. Bei
dem Modul H handelt es sich um eine 15 V-Spannungsquelle, die über die Pins 13,
14 des Mikrocontrollers MC mit dem Massepotential GRD bzw. mit dem Kondensa
tor C25 verbunden ist.
Der Aufbau des Steuermoduls G ist schematisch in dem Blockschaltbild der Fig. 4
dargestellt. Das Steuermodul G weist zur Steuerung der Transistoren V2, V3 des
Halbbrückenwechselrichters die steuerbare Stromquelle SQ1, die steuerbare Strom
senke SS1, die Schreib-Lese-Speicher DR1, DR2, den Schalter US1 zum abwech
selnden Ein- und Ausschalten der steuerbaren Stromquelle und Stromsenke, den Fre
quenzteiler FT1 zur Frequenzhalbierung des Umschaltsignals des Schalters US1, den
Datenspeicher DR3 zum Speichern der Steuersignale für die Transistoren V2, V3,
die Referenzstromquelle IR zur Vorgabe eines möglichst konstanten Referenzstro
mes IRef für die steuerbare Stromquelle SQ1 und Stromsenke SS1 und Logische
Schaltungskomponenten O1-O3, U1-U6 auf.
Am Pin 7 des Mikrocontrollers MC wird eine konstante Ausgangsspannung von 2 V
bereitgestellt, die gemäß des ohmschen Gesetzes durch den Widerstand R30 einen
konstanten Referenzstrom IRef fließen lässt. Der Wert dieses Referenzstromes IRef ist
durch die Wahl des Widerstandswertes des Widerstands R30 vorgebbar. Der lineare
Arbeitsbereich des Referenzstromes IRef erstreckt sich von 5 µA bis 50 µA. Am Pin
8 des Mikrocontrollers MC ist der Kondensator C27 angeschlossen, der als elektri
scher Ladungsspeicher dient. Mit Hilfe der steuerbaren Stromquelle SQ1 wird der
Kondensator C27 aufgeladen. Erreicht der Spannungsabfall am Kondensator C27
einen Wert von 3 V, so wird die steuerbare Stromquelle SQ1 durch den Schalter US1
abgeschaltet und die steuerbare Stromsenke eingeschaltet, die den Kondensator C27
entlädt. Erreicht der Spannungsabfall am Kondensator C27 den Wert von 1,5 V, so
wird die steuerbare Stromsenke SS1 durch den Schalter US1 abgeschaltet und die
steuerbare Stromquelle SQ1 wieder eingeschaltet, die den Kondensator wieder auf
einen Spannungswert von 3 V auflädt. Auf diese Weise wird der Kondensator C27
abwechselnd aufgeladen und entladen. Der Spannungsabfall am Kondensator C27
oszilliert daher fortwährend zwischen den Werten 1,5 V und 3 V. Die steuerbare
Stromquelle SQ1 und die steuerbare Stromsenke SS1 sowie der Schalter US1 bilden
eine Vorrichtung zum abwechselnden Laden und Entladen des Kondensators C27.
Der von der steuerbaren Stromquelle SQ1 generierte Ladestrom für den Kondensator
C27 ist mittels des Schreib-Lese-Speichers DR1 einstellbar. Der Schreib-Lese-
Speicher DR1 ist ein 16 Bit Datenregister, von dem 12 Bit zur Steuerung der Strom
quelle SQ1 genutzt werden. Der Ladestrom für den Kondensator C27 ist deshalb mit
einer Auflösung von 12 Bit zwischen den Werten IRef/256 und 32 IRef einstellbar,
wobei die Abkürzung IRef für die Referenzstromstärke der Referenzstromquelle IR
steht. Der Eintrag in dem Datenregister DR1 bestimmt den Ladestrom für den aktuel
len bzw. folgenden Ladevorgang am Kondensator C27 und damit die Zeitspanne, die
für diesen Ladevorgang benötigt wird. Analog ist der von der steuerbaren Stromsen
ke SS1 generierte Entladestrom des Kondensators C27 mittels des Schreib-Lese-
Speichers DR2 einstellbar. Der Schreib-Lese-Speicher DR2 ist ein 8 Bit Datenregis
ter. Der Entladestrom des Kondensators C27 ist deshalb mit einer Auflösung von 8 Bit
zwischen den Werten 0,25 IRef und 128 IRef einstellbar. Der Eintrag in dem Da
tenregister DR2 bestimmt den Entladestrom für den aktuellen bzw. folgenden Entla
devorgang am Kondensator C27 und damit die Zeitspanne, die für diesen Entlade
vorgang erforderlich ist. Die Oszillationen des Ladezustands des Kondensators C27
und des Spannungsabfalls am Kondensator C27 sind daher unabhängig von der Arbeitstaktfrequenz
des Mikrocontrollers MC. Die Umschaltsignale des Schalters US1
werden von dem Frequenzteiler FT1 und den UND-Gattern U1, U2 zur Erzeugung
von Steuersignalen für die Transistoren V2, V3 des Halbbrückenwechselrichters
ausgewertet. Der Frequenzteiler FT1 detektiert nur die Schaltimpulse des Schalters
US1, die einen neuen Ladevorgang des Kondensators C27 starten, und schaltet seine
beiden Ausgänge, die jeweils mit dem Eingang eines UND-Gatters U1 bzw. U2 ver
bunden sind, bei jedem derartigen Schaltimpuls abwechselnd auf "High" bzw.
"Low". Die Umschaltsignale des Schalters US1 werden andererseits aber auch direkt
dem Eingang der UND-Gatter U1, U2 zugeführt. Außerdem enthält das Statusregis
ter SR1 ein Statusbit zum Aktivieren und Deaktivieren der Steuersignale für den
Transistor V2 sowie ein Statusbit zum Aktivieren und Deaktivieren der Steuersignale
für den Transistor V3. Der Zustand des Statusbits zum Aktivieren und Deaktivieren
der Steuersignale für den Transistor V2 wird von dem UND-Gatter U2 überwacht,
während der Zustand des Statusbits für den Transistor V3 von dem UND-Gatter U1
detektiert wird. Die Ausgangszustände des UND-Gatters U1 bzw. U2 werden jeweils
in einem Bit des Datenregisters DR3 gespeichert und sind über den Adress- und Da
tenbus D an den Pins 23 bzw. 24 des Mikrocontrollers MC abrufbar. Über den Pin 23
bzw. 24 des Mikrocontrollers MC, der mit dem Pin 10 bzw. 9 des Integrierten
Schaltkreises IC verbunden ist, werden die Ausgangszustände der UND-Gatter U1
bzw. U2 den Treiberschaltungen zur Ansteuerung der Gate-Elektrode des Transistors
V3 bzw. V2 mitgeteilt. Die Frequenz des Halbbrückenwechselrichters, das heißt, der
Schalttakt seiner Transistoren V2, V3, wird durch die Dauer der einzelnen Lade- und
Entladevorgänge des Kondensators C27 gesteuert. Anhand der Diagramme a) bis e)
der Fig. 5 soll dieser Sachverhalt nachstehend näher erläutert werden.
Die dreieckförmige Kurve des Diagramms a) zeigt den zeitlichen Verlauf des Span
nungsabfalls am Kondensator C27. Der Spannungsabfall am Kondensator C27 vari
iert linear mit der Zeit zwischen den Werten 1,5 V und 3 V. Das Diagramm b) zeigt
den zeitlichen Verlauf des Ladestroms für den Kondensator C27. Der Ladestrom
kann gemäß der obigen Erläuterungen zur steuerbaren Stromquelle SQ1 4096 unter
schiedliche diskrete Werte annehmen. Im Diagramm c) ist der zeitliche Verlauf des
Entladestroms für den Kondensator C27 dargestellt. Der Entladestrom kann gemäß
der obigen Erläuterungen zur steuerbaren Stromsenke SS1 256 unterschiedliche dis
krete Werte annehmen. Das Diagramm d) zeigt den zeitlichen Verlauf des am Pin 23
des Mikrocontrollers MC abrufbaren Steuersignals LG für die Treiberschaltung des
Transistors V3. Das Diagramm e) zeigt den zeitlichen Verlauf des am Pin 24 des
Mikrocontrollers MC abrufbaren Steuersignals HG für die Treiberschaltung des
Transistors V2. Die Dauer für die einzelnen Ladevorgänge am Kondensator C27
wird durch die Höhe des Ladestroms IL1 bestimmt. 3e größer der Ladestrom IL1, um
so geringer ist die Zeitspanne, die zum Laden des Kondensators von 1,5 V auf 3 V
benötigt wird. Analog dazu ist die Dauer für die einzelnen Entladevorgänge am Kon
densator C27 durch die Höhe des Entladestroms IE1 bestimmt. Je größer der Entla
destrom IE1, um so geringer ist die Zeitspanne, die zum Entladen des Kondensators
von 3 V auf 1,5 V benötigt wird. Durch Vergleich des Spannungsverlaufs am Kon
densator C27 des Diagramms a) mit den Kurven der Diagramme d) und e) wird deut
lich, dass während der Dauer des 1., 3., 5. usw. Ladevorgangs des Kondensators C27
von 1,5 V auf 3 V das Steuersignal LG für den Transistor V3 den Logikzustand
"High" annimmt und das Steuersignal HG für den Transistor V2 den Logikzustand
"Low" führt. Während der Dauer des 2., 4., 6. usw. Ladevorgangs des Kondensators
C27 von 1,5 V auf 3 V nimmt hingegen das Steuersignal HG für den Transistor V2
den Logikzustand "High" an und das Steuersignal LG für den Transistor V3 führt
den Logikzustand "Low". Während der Dauer der Entladevorgänge des Kondensa
tors C27 von 3 V auf 1,5 V nehmen beide Steuersignale LG und HG den Logikzu
stand "Low" an. Das bedeutet, dass der Transistor V2 bzw. V3 eingeschaltet ist, so
lange das ihm zugeordnete Steuersignal HG bzw. LG den Zustand "High" führt. Die
Transistoren V2, V3 des Halbbrückenwechselrichters werden auf diese Weise alter
nierend ein- und ausgeschaltet. Während der Dauer der Entladevorgänge des Kon
densators C27 sind beide Transistoren V2, V3 ausgeschaltet. Die Auswertung des
Spannungsverlaufs am Kondensator C27 ermöglicht so eine frequenzmodulierte
Steuerung des Halbbrückenwechselrichters.
Die Werte für den Ladestrom IL1 bzw. den Entladestrom IE1 sind durch die in dem
Datenregister DR 1 bzw. DR2 gespeicherten Daten festgelegt. Diese Daten werden
mit Hilfe des Moduls A programmgesteuert in Abhängigkeit von der am Pin 18 des
Mikrocontrollers MC detektierten Halbwelle des Wechselstromanteils des Stroms im
Lastkreis und von dem am Pin 19 detektierten Strom durch den Transistor V3 ermit
telt. Das Modul A des Mikrocontrollers MC berechnet programmgesteuert aus dem
Vergleich der vorgenannten Betriebsparameter mit vorgegebenen Sollwerten Stell
werte zur Steuerung der steuerbaren Stromquelle SQ1 und der steuerbaren Strom
senke SS1, die in den Datenregistern DR1 und DR2 gespeichert werden. Auf diese
Weise wird für die frequenzmodulierte Steuerung des Halbbrückenwechselrichters in
Abhängigkeit von seinen Betriebsparametern und den vorgegebenen Sollwerten eine
Regelschleife realisiert. Die Sollwerte für die frequenzmodulierte Steuerung des
Halbbrückenwechselrichters werden programmgesteuert vom Modul A des Mikro
controllers MC ermittelt, beispielsweise in Abhängigkeit von externen Steuerbefeh
len zum Dimmen der Lampen LP1, LP2, die über die Schnittstellen J3, J4 der Kom
munikationseinrichtung D5 mitgeteilt und dem Pin 5 des Mikrocontrollers MC zuge
führt werden. Die Datenregister DR1 bis DR4 und das Statusregister SR1 sind mit
dem Adress- und Datenbus D verbunden.
Der im Diagramm a) der Fig. 5 dargestellte Spannungsverlauf am Kondensator C27
wird außerdem auch zur Erzeugung pulsweitenmodulierter Steuersignale für den
Transistor V4 der Heizvorrichtung für die Elektrodenwendeln E1-E4 der Lampen
LP1, LP2 ausgewertet. Zu diesem Zweck dienen der als 8 Bit Datenregister ausge
bildete Schreib-Lese-Speicher DR4, der Komparator K1, dessen invertierender Ein
gang den Spannungsabfall am Kondensator C27 detektiert und dessen nicht
invertierender Eingang von dem Datenregister DR4 gesteuert wird, das Statusregister
SR1 und die Logischen Schaltungskomponenten O1, O2, U3, U4, US, O3 sowie die
Treiberschaltung TR1 für den Transistor V4. Der Komparator K1 vergleicht den
Spannungsverlauf am Kondensator C27 mit dem im Datenregister DR4 gespeicher
ten Stellwert für die Regelung des Heizstromes. Der vorgenannte Stellwert ist mit
einer Auflösung von 8 Bit variierbar. Entsprechend ist auch die Spannung am nicht
invertierenden Eingang des Komparators K1 mit derselben Auflösung im Bereich
von 1,5 V bis 3 V variierbar. Das Ausgangssignal des Komparators K1 wird über das
ODER-Gatter O1 und das UND-Gatter U3 dem ODER-Gatter O3 zugeführt, dessen
Ausgang mit dem Eingang der Treiberschaltung TR1 verbunden ist, die über den Pin
10 des Mikrocontrollers MC und den Widerstand R26 die Gate-Elektrode des Tran
sistors V4 ansteuert. Das Ausgangssignal des Komparators K1 wird zusätzlich auch
dem ODER-Gatter O2 zugeführt, dessen Ausgang mit den UND-Gattern U1 und U2
verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters U1 ist über das UND-Gatter U3 mit
dem ODER-Gatter O3 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters U2 ist über das
UND-Gatter U4 mit dem ODER-Gatter O3 verbunden. Das 8 Bit Statusregister SR1
besitzt ein erstes Statusbit zum Aktivieren bzw. Deaktivieren eines maximalen Heiz
stroms, das über das ODER-Gatter O1, das UND-Gatter U3 mit dem ODER-Gatter
O3 verbunden ist. Maximaler Heizstrom bedeutet, dass die Einschaltdauer des Tran
sistors V4 gleich der Einschaltdauer des Transistors V2 oder V3 ist. Das zweite Sta
tusbit des Statusregisters SR1, das über das UND-Gatter U3 mit dem ODER-Gatter
O3 verbunden ist, dient zum Aktivieren bzw. Deaktivieren des synchronen Einschal
tens der Transistoren V3 und V4. Das dritte Statusbit des Statusregisters SR1, das
über das UND-Gatter U4 mit dem ODER-Gatter O3 verbunden ist, dient zum Akti
vieren bzw. Deaktivieren des synchronen Einschaltens der Transistoren V2 und V4.
Das vierte Statusbit des Statusregisters SR1 ist mit dem UND-Gatter U6 verbunden,
dessen Ausgang über den Datenbus F mit dem Steuermodul E verbunden ist. Da der
Ausgang des UND-Gatters U 1 mit dem UND-Gatter U6 verbunden ist, wird durch
das vierte Statusbit die Verbindung des Steuersignals LG zum Steuermodul E Akti
viert bzw. Deaktiviert. Das fünfte Statusbit des Statusregisters SR1 ist über das
UND-Gatter US mit dem ODER-Gatter O3 verbunden. Das UND-Gatter US erhält
über den Datenbus F außerdem von dem Steuermodul E ein Eingangssignal. Durch
das fünfte Statusbit ist die Synchronisation der Steuersignale für die Transistoren V1
und V4 Aktivierbar bzw. Deaktivierbar. Das sechste Stausbit des Statusregisters
SR1, das mit dem ODER-Gatter verbunden ist, dient zum Aktivieren bzw. Deak
tivieren der Pulsweitenmodulation der Steuersignale LG und HG. Das siebte bzw.
achte Statusbit, das mit dem UND-Gatter U1 bzw. U2 verbunden ist, dient zum Ak
tivieren bzw. Deaktivieren der Steuersignale LG bzw. HG für die Transistoren V3
bzw. V2 sowie für den Transistor V4.
Mittels des siebten oder achten Statusbits kann auf einfache Weise eine Abschaltung
des Halbbrückenwechselrichters und der Heizvorrichtung bei defekten Lampen LP1,
LP2 durchgeführt werden. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist mittels des Wider
standes R10, der Diode D9 und der entsprechenden Sekundärwicklung des Trans
formators L3 ein Gleichstrompfad realisiert, in den die Elektrodenwendeln E1 und
E3 seriell geschaltet sind. Fehlt eine der Lampen LP1, LP2, so ist dieser Gleich
strompfad unterbrochen. Über den Widerstand R14 wird der Strom in diesem
Gleichstrompfad am Pin 25 des Mikrocontrollers MC überwacht. Ist der vorgenannte
Gleichstrompfad unterbrochen, so kann durch Rücksetzen des siebten oder achten
Statusbits des Statusregisters SR1 das Steuersignal LG bzw. HG abgeschaltet und der
Halbbrückenwechselrichter dadurch stillgelegt werden.
Wie bereits oben erwähnt wurde, wird ein Bruch der Elektrodenwendel E2 bzw. E4
über die entsprechende Wicklung des Transformators L5 und den Widerstand R16
bzw. R15 an dem Pin 16 bzw. 15 von dem Mikrocontroller MC detektiert. Außerdem
wird an den Pins 15 bzw. 16 des Mikrocontrollers MC mittels der Spannungsteiler
widerstände R15, R21 bzw. R16, R20 der Strom durch die Lampe LP1 bzw. LP2
oder der Spannungsabfall an dem Koppelkondensator C15 bzw. C16 überwacht, um
den am Ende der Lebensdauer der Lampe LP1 oder LP2 auftretenden Gleichrichtef
fekt der Lampe LP1 oder LP2 zu detektieren. Die Information wird vom Mikrocont
roller MC ausgewertet und kann über den Pin 6 und die Kommunikationseinrichtung
D5 an eine externe Steuervorrichtung übermittelt werden oder zur Steuerung der
Transistoren V2, V3 bzw. V4 verwendet werden.
Anhand der Diagramme a) und f) der Fig. 5 wird nachstehend die Erzeugung von
pulsweitenmodulierten Steuersignalen für die Gate-Elektrode des Transistors V4
erläutert. Im Diagramm a) der Fig. 5 ist neben des dreieckförmigen zeitlichen
Spannungsverlaufs des Kondensators C27 auch eine mit der Zeit in drei Stufen ab
nehmende Treppenfunktion dargestellt, die den im 8 Bit Datenregister DR4 gespei
cherten Stellwert zur Regelung des Heizstroms repräsentiert. Dieser Stellwert wird
dem nicht-invertierenden Eingang des Komparators K1 zugeführt. Da bei dem vor
liegenden Ausführungsbeispiel das dritte Statusbit des Statusregisters SR1 gesetzt ist,
gehen die Steuersignale HTG und HG für die Transistoren V4 und V2 gleichzeitig
vom Zustand "Low" in den Zustand "High" über. Das bedeutet, dass der Transistor
V4 immer synchron mit dem Transistor V2 des Halbbrückenwechselrichters einge
schaltet wird. Die Einschaltdauer bzw. der Ausschaltzeitpunkt des Transistors T4
und damit auch die Pulsweite des Steuersignals HTG hängen vom Ausgangssignal
des Komparators K1 ab, der den im Datenregister DR4 gespeicherten Stellwert für
die Regelung des Heizstroms mit dem momentanen Spannungsabfall am Kondensa
tor C27 vergleicht. Erreicht während der Ladevorgänge des Kondensators C27, bei
denen das Steuersignal HTG sich im Zustand "High" befindet, die Spannung am
Kondensator C27 den im Datenregister DR4 gespeicherten Wert, so wechselt das
Steuersignal HTG von dem Zustand "High" in den Zustand "Low". Da das am nicht
invertierenden Eingang des Komparators K1 anliegende Signal nur Werte zwischen
1,5 V und 3 V annehmen kann, ist die Pulsweite des Steuersignals HTG kleiner oder
gleich der Pulsweite des Steuersignals HG. Das bedeutet, dass die Einschaltdauer des
Transistors V4 maximal genauso lang wie die Einschaltdauer des Transistors V2 ist.
In diesem Fall fließt durch die Elektrodenwendeln E1-E4 der größtmögliche Heiz
strom. Um eine Regelschleife für den Heizstrom aufzubauen, wird über das RC-
Glied R23, C18 am Pin 17 der Strom durch den Transistor T4 bzw. durch die Pri
märwicklung des Transformators L3 überwacht und programmgesteuert mittels des
Moduls A mit einem Sollwert verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleich
ein Stellwert zur Erzeugung des Steuersignals HTG in dem Datenregister DR4 ge
speichert. Der erforderliche Heizstrom ist abhängig vom Betriebszustand der Lam
pen LP1, LP2. Während der Vorheizphase wird ein relativ hoher Heizstrom benötigt,
um eine schonende Zündung der Gasentladung zu ermöglichen. Außerdem ist auch
ein Heizstrom für die Elektrodenwendeln bei stark gedimmten Lampen LP1, LP2
nötig.
In Fig. 6 ist schematisch der Aufbau des Steuermoduls E zur Steuerung des Transis
tors V1 des Hochsetzstellers, der zur Gleichspannungsversorgung des nachgeschalte
ten Halbbrückenwechselrichters dient, dargestellt. Das Steuermodul E weist die steu
erbare Stromquelle SQ2, die steuerbare Stromsenke SS2, die Schreib-Lese-Speicher
DR5, DR6, DR7, die Statusregister SR1, SR2, SR3, die Komparatoren K2, K3, K4,
K5 und die Treiberschaltung TR2 für den Transistor V1 auf. Die vorgenannten
Komponenten des Steuermoduls E sind durch Logische Schaltungskomponenten
miteinander vernetzt. Das Statusregister SR1 ist dasselbe Statusregister, das bereits
im Zusammenhang mit dem Steuermodul G beschrieben wurde. Die steuerbare
Stromquelle SQ2 dient zum Laden des an dem Pin 9 des Mikrocontrollers MC ange
schlossenen Kondensators C26 und die steuerbare Stromsenke SS2 dient zum Entla
den des Kondensators C26. Die steuerbare Stromquelle SQ2 und die steuerbare
Stromsenke SS2 sind jeweils an die Referenzstromquelle IR gekoppelt. Der Lade
strom und der Entladestrom für den Kondensator C26 sind jeweils mit einer Auflö
sung von 8 Bit zwischen den Werten 0,25 IRef und 128 IRef einstellbar. Hierzu die
nen die jeweils als 8 Bit Datenregister ausgebildeten Schreib-Lese-Speicher DR5 und
DR6. Mittels des Datenregisters DR6 wird der Ladestrom und mittels DR5 der Ent
ladestrom eingestellt.
Mit Hilfe der steuerbaren Stromquelle SQ2 wird der am Pin 9 des Mikrocontrollers
MC angeschlossene Kondensator C26 auf einen vorgebbaren oberen Spannungswert,
der im Bereich von 1,5 V bis 3 V liegt, aufgeladen. Bei Erreichen des oberen Span
nungswertes wird der Ladevorgang abgebrochen und der Entladevorgang des Kon
densators C26 mit Hilfe der steuerbaren Stromsenke SS2 gestartet. Erreicht die
Spannung am Kondensator den unteren Spannungswert von 1,5 V, so wird der Ent
ladevorgang abgebrochen und ein neuer Ladevorgang am Kondensator C26 gestartet.
Das Aktivieren und Deaktivieren der steuerbaren Stromquelle SQ2 und der steuerba
ren Stromsenke SS2 zum abwechselnden Laden und Entladen des Kondensators C26
wird mit Hilfe des RS-Flip-Flops FL1 und mittels der Komparatoren K2 und K4 oder
alternativ mittels der Komparatoren K3 und K4 durchgeführt. Der Komparator K2
vergleicht die Spannung am Kondensator C26 mit dem oberen Spannungswert, wäh
rend der Komparator K4 die Spannung am Kondensator C26 mit dem unteren Span
nungswert von 1,5 V vergleicht. Der obere Spannungswert ist mittels des 8 Bit Da
tenregisters DR7, das mit dem invertierenden Eingang des Komparators K2 verbun
den ist, einstellbar. Anstelle des Komparators K2 kann aber auch der Komparator K3
gewählt werden, um die Spannung am Kondensator C26 mit dem oberen Span
nungswert zu vergleichen. Bei Verwendung des Komparators K3 beträgt der obere
Spannungswert allerdings 3 V und kann nicht variiert werden. Zur Steuerung der
steuerbaren Stromquelle SQ2 und der steuerbaren Stromsenke SS2 für die einander
abwechselnden Lade- und Entladevorgänge am Kondensator C26 sind die Ausgänge
der Komparatoren K2 und K3 über den Positiven-Flanken-Generator FG1, das UND-
Gatter U7 und das ODER-Gatter O4 bzw. über den Pösitiven-Flanken-Generator
FG2, das UND-Gatter U8 und das ODER-Gatter O4 mit dem Setzeingang des RS-
Flip-Flops FL1 verbunden. Der Ausgang des Komparators K4 ist über den Positiven-
Flanken-Generator FG3 mit dem Rücksetzeingang des RS-Flip-Flops FL1 verbun
den. Die beiden Ausgänge des RS-Flip-Flops FL1 sind mit der steuerbaren Strom
quelle SQ2 bzw. mit der steuerbaren Stromsenke SS2 verbunden. Die steuerbare
Stromquelle SQ2, die steuerbare Stromsenke SS2, die Komparatoren K2 (bzw. K3)
und K2 sowie der RS-Flip-Flop FL1 bilden eine Vorrichtung zum abwechselnden
Laden und Entladen eines Ladungsspeichers, die den Kondensator C26 abwechselnd
mit einem Ladestrom und einem Entladestrom beaufschlagt. Die Spannung am Kon
densator C26 oszilliert daher fortwährend zwischen dem oberen und unteren Span
nungswert. Diese Oszillation ist unabhängig von der Arbeitstaktfrequenz des Mikro
controllers MC. Aus den Zeitspannen, die zum Laden bzw. Entladen des Kondensa
tors C26 zwischen dem oberen und dem unteren Spannungswert erforderlich sind,
wird mittels der Komparatoren K2 (bzw. K3), K4, der Positiven-Flanken-
Generatoren FG1-FG3, des RS-Flip-Flops FL2 und der Logischen Schaltungskom
ponenten U9-U11, O5, O6 ein frequenzmoduliertes und pulsweitenmoduliertes Steu
ersignal PG für den Eingang der Treiberschaltung TR2 erzeugt, das über den Pin 4
des Mikrocontrollers MC und den Widerstand R4 der Gate-Elektrode des Transistors
V1 zugeführt wird. Außerdem weist das Steuermodul E noch den Komparator K5,
die RS-Flip-Flops FL3, FL4, das ODER-Gatter O7 und die Statusregister SR2, SR3
auf. Die Statusregister SR1-SR3 und die Datenregister DR5-DR7 sind mit dem
Adress- und Datenbus D verbunden. Mit Hilfe des RC-Gliedes R32, C28 wird der
Strom durch den Transistor V1 am Pin 3 des Mikrocontrollers MC überwacht. Mit
tels des Komparators K5, des ODER-Gatters O7 und des RS-Flip-Flops FL4 wird der
Transistor V1 vor zu hohen Strömen geschützt, indem das Steuersignal PG für den
Transistor V1 beim Auftreten eines zu hohen Stromes abgeschaltet wird. Zu diesem
Zweck ist der Pin 3 des Mikrocontrollers MC mit dem nicht-invertierenden Eingang
des Komparators K5 verbunden, während am invertierenden Eingang des Kompara
tors K5 ein Referenzwert anliegt, der mittels des Statusregisters SR3 mit einer Auflösung
von 4 Bit zwischen den Werten 0 V bis 2 V einstellbar ist und der die Abschalt
schwelle für das Steuersignal PG definiert. Im Fall des Abschaltens des Steuersignals
PG durch den Komparator K5 und den RS Flip-Flop FL4 wird mittels des RS-Flip-
Flops FL3 das erste Statusbit des Statusregisters SR2 gesetzt. Das zweite Statusbit
des Statusregisters SR2 wird in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des ODER-
Gatters O6 gesetzt bzw. rückgesetzt und gibt an, ob ein Steuersignal PG vorhanden
ist oder nicht. Die restlichen 6 Bit des Statusregisters SR2 sind unbenutzt. Von dem
Statusregister SR3 werden die ersten vier Bit zur Ansteuerung des invertierenden
Eingangs des Komparators K5 verwendet. Das fünfte Bit des Statusregisters SR3
ermöglicht eine zusätzliche Steuerung der Referenzstromquelle IR. Das sechste Bit
des Statusregisters SR3 ist unbenutzt. Mit Hilfe des siebten Bits des Statusregisters
SR3 und des UND-Gatters U9 ist das Steuersignal für die Treiberschaltung TR2 und
den Transistor V1 aktivierbar bzw. deaktivierbar. Mit Hilfe des achten Bits des Sta
tusregisters SR3 und der UND-Gatters U7, U8 ist wahlweise das Ausgangssignal des
Komparators K2 oder des Komparators K3 aktivierbar. Dadurch werden zwei unter
schiedliche Betriebsmodi des Hochsetzstellers ermöglicht. Bei aktivem Ausgangs
signal des Komparators K2 regelt der Hochsetzsteller nicht nur die Versorgungs
spannung des Halbbrückenwechselrichters, sondern dient zusätzlich zur Leistungs
faktorkorrektur. Diese Betriebsweise wird zum Betreiben von Entladungslampen,
insbesondere von Leuchtstofflampen bevorzugt. Die andere Betriebsweise des Hoch
setzstellers eignet sich zum Betreiben von Niedervolt-Halogenglühlampen an einem
elektronischen Transformator, der einen Hochsetzsteller zur Regelung der Versor
gungsspannung des nachgeschalteten Wechselrichters aufweist. Bei dem vorliegen
den Ausführungsbeispiel ist das Ausgangssignal des Komparators K2 aktiv. Das
Steuersignal PG kann über das UND-Gatter U12, den Datenbus F und das UND-
Gatter US mittels des fünften Statusbits des Statusregisters SR1 auch am Pin 10 des
Mikrocontrollers MC zur Steuerung des Transistors V4 verfügbar gemacht werden.
Andererseits kann das Steuersignal LG des Steuermoduls G zur Steuerung des Tran
sistors V3 über das UND-Gatter U6, den Datenbus F und das ODER-Gatter O7 mit
tels des vierten Statusbits des Statusregisters SR1 auch am Pin 4 des Mikrocontrol
lers MC zur Steuerung des Transistors V1 verfügbar gemacht werden.
Anhand der Fig. 7 wird nachfolgend die Erzeugung des Steuersignals PG für den
Transistor V1 näher erläutert. Die dreieckförmige Kurve im Diagramm a) der Fig. 7
repräsentiert den zeitlichen Spannungsverlauf am Kondensator C26. Die stufenför
mige Kurve im Diagramm a) der Fig. 7 stellt den zeitlichen Verlauf des Speicherin
halts des Datenregisters DR7 dar, der mit einer Auflösung von 8 Bit Werte zwischen
1,5 V und 3 V annehmen kann. Im Diagramm b) ist der zeitliche Verlauf des am Pin
4 des Mikrocontrollers MC abrufbaren Steuersignals PG für die Gate-Elektrode des
Transistors V1 dargestellt. Das Diagramm c) der Fig. 7 zeigt den zeitlichen Verlauf
des mittels des RC-Gliedes R32, C28 am Pin 3 des Mikrocontrollers MC generierten
Signals zur Überwachung des Stroms durch den Transistor V1. Im Diagramm d) ist
der zeitliche Verlauf des von der steuerbaren Stromquelle SQ2 erzeugten Ladestroms
für den Kondensator C26 und im Diagramm e) der Fig. 7 der zeitliche Verlauf des
von der steuerbaren Stromsenke SS2 generierten Entladestroms für den Kondensator
C26 dargestellt. Der Kondensator C26 wird abwechselnd auf einen oberen Span
nungswert, der durch den Speicherinhalt des Datenregisters DR7 bestimmt ist, aufge
laden und bis auf einen unteren Spannungswert von 1,5 V entladen. Die Dauer der
einzelnen Ladevorgänge des Kondensators C26 wird daher durch den oberen Span
nungswert und durch den mittels des Datenregisters DR6 einstellbaren Ladestrom
IL2 festgelegt. Entsprechend wird die Dauer der einzelnen Entladevorgänge durch
den oberen Spannungswert und den mittels des Datenregisters DR5 einstellbaren
Entladestrom IE2 bestimmt. Die Zeitspannen, die zum abwechselnden Laden und
Entladen des Kondensators C26 erforderlich sind, werden mittels der oben beschrie
benen logischen Schaltungskomponenten des Steuermoduls E zur Erzeugung des
frequenzmodulierten und pulsweitenmodulierten Steuersignals PG ausgewertet. Der
Vergleich des im Diagramm a) dargestellten Spannungsverlaufs am Kondensator
C26 mit dem im Diagramm b) abgebildeten Steuersignal PG zeigt, dass der Transis
tor V1 während der Ladevorgänge am Kondensator C26 ausgeschaltet und während
der Entladevorgänge am Kondensator C26 eingeschaltet ist. Erreicht das am Pin 3
des Mikrocontrollers detektiert Signal IV1 (Diagramm c) der Fig. 7) die am inver
tierenden Eingang des Komparators K5 eingestellte Schwelle, so wird das Steuersig
nal PG deaktiviert.
Wie bereits oben beschrieben wurde, wird am Pin 20 des Mikrocontrollers MC die
Spannung am Kondensator C2 und am Pin 21 des Mikrocontrollers MC die Span
nung am Kondensator C3 überwacht. Aus diesen Werten lässt sich mittels des Mo
duls A des Mikrocontrollers MC der Strom durch die Hochsetzstellerdrossel L2 be
rechnen und in Abhängigkeit von diesen Betriebsparametern können mit Hilfe des im
Modul A implementierten Programms die Speicherinhalte der Datenregister DR5,
DR6 und DR7 zur Erzeugung des Steuersignals PG für den Transistor V1 ermittelt
werden. Auf diese Weise ist für die Steuerung des Transistors V1 eine Regelschleife
realisiert.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher beschriebenen Ausführungs
beispiele. Beispielsweise kann die Erfindung auch zur Steuerung der Schalttransisto
ren von Vorschaltgeräten zum Betrieb von Hochdruckentladungslampen sowie von
elektronischen Transformatoren zum Betrieb von Niedervolt-Halogenglühlampen
verwendet werden. Insbesondere ist es auch möglich, mittels der erfindungsgemäßen,
als Bestandteil eines Mikrocontrollers ausgebildeten Vorrichtung zum abwechseln
den Laden und Entladen eines Ladungsspeichers die frequenz- oder pulsweitenmodu
lierten Steuersignale für die Schalttransistoren eines Vollbrückenwechselrichters
oder eines Push-Pull-Wechselrichters zu erzeugen.
Claims (35)
1. Mikrocontroller mit mindestens einer Einrichtung (E, G) zur Pulsweitenmo
dulationssteuerung und/oder Frequenzsteuerung eines Schaltnetzteils, da
durch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einrichtung (E, G)
eine Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und Entladen eines mit dem Mikrocontroller (MC) verbindbaren oder in den Mikrocontroller (MC) integrierten Ladungsspeichers (C27; C26) auf weist,
Steuermittel für die Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum Steuern der Ladevorgänge und/oder der Entladevorgänge aufweist, und
Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die zum Umladen des La dungsspeichers (C27; C26) zwischen unterschiedlichen Ladezuständen erforderlichen Zeitspannen auszuwerten und in Abhängigkeit davon ein Pulsweitenmodulationssteuersignal und/oder Frequenzsteuersignal zu erzeugen.
eine Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und Entladen eines mit dem Mikrocontroller (MC) verbindbaren oder in den Mikrocontroller (MC) integrierten Ladungsspeichers (C27; C26) auf weist,
Steuermittel für die Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum Steuern der Ladevorgänge und/oder der Entladevorgänge aufweist, und
Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die zum Umladen des La dungsspeichers (C27; C26) zwischen unterschiedlichen Ladezuständen erforderlichen Zeitspannen auszuwerten und in Abhängigkeit davon ein Pulsweitenmodulationssteuersignal und/oder Frequenzsteuersignal zu erzeugen.
2. Mikrocontroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrich
tung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und Entladen eines
Ladungsspeichers eine steuerbare Stromquelle (SQ1; SQ2) zum Beaufschla
gen des Ladungsspeichers (C27; C26) mit einem einstellbaren Ladestrom und
eine steuerbare Stromsenke (SS1; SS2) zum Beaufschlagen des Ladungsspei
chers (C27; C26) mit einem einstellbaren Entladestrom aufweist.
3. Mikrocontroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstel
lungen der steuerbaren Stromquelle (SQ1; SQ2) und der steuerbaren Strom
senke (SS1; SS2) in Bezug auf einen mittels einer Referenzstromquelle (IR)
vorgebbaren Referenzstrompegel jeweils mit einer Auflösung von mindes
tens 8 Bit variierbar sind.
4. Mikrocontroller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Refe
renzstrompegel für den Lade- und den Entladestrom mittels eines ohmschen
Widerstandes (R30) vorgebbar ist.
5. Mikrocontroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer
mittel für die Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden
und Entladen eines Ladungsspeichers mindestens einen Schreib-Lese-
Speicher (DR1, DR2; DR5, DR6) aufweisen.
6. Mikrocontroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer
mittel der Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und
Entladen eines Ladungsspeichers Schaltmittel (US1; FL1) aufweisen, die
zum Umschalten der Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) von Laden zu Ent
laden des Ladungsspeichers (C27; C26) bei Erreichen eines ersten Span
nungswertes und zum Umschalten dieser Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2)
von Entladen zu Laden des Ladungsspeichers (C27; C26) bei Erreichen eines
zweiten, geringeren Spannungswertes dienen.
7. Mikrocontroller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Spannungswert oder zweite Spannungswert mittels eines Schreib-Lese-
Speichers (DR7) einstellbar ist.
8. Mikrocontroller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Frequenzteiler (FT1) oder ein Impulsteiler vorgese
hen ist, der an seinem Eingang das Umschalten der Vorrichtung (SQ1, SS1;
SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers
von Entladen zu Laden oder von Laden zu Entladen detektiert und das Ein
gangssignal in Signale zur alternierenden Steuerung von abwechselnd schal
tenden Schaltmitteln (V2, V3) des Schaltnetzteils aufteilt.
9. Mikrocontroller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (MC) Schnittstellen (1-28) zur Er
fassung externer Signale oder Daten besitzt und eine Einrichtung (A) zur
Auswertung der externen Signale oder Daten und zur programmgesteuerten
Ermittlung von Steilwerten zur Steuerung der Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2,
SS2) zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers auf
weist.
10. Schaltnetzteil mit mindestens einem steuerbaren Schaltmittel (V1; V2, V3)
und mit einem Mikrocontroller (MC) nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 9 zur Erzeugung von Steuersignalen für das mindestens eine steuer
bare Schaltmittel (V1; V2, V3).
11. Vorschaltgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe (LP1, LP2),
das einen Wechselrichter, mindestens einen an den Wechselrichter gekoppel
ten Lastkreis mit Anschlüssen (X1-X8) für die mindestens eine elektrische
Lampe (LP1, LP2), eine Steuerschaltung zur Steuerung der Schaltmittel (V2,
V3) des Wechselrichters und eine Gleichspannungsversorgungsschaltung für
den Wechselrichter aufweist, wobei die Steuerschaltung einen Mikrocontrol
ler (MC) mit einer Einrichtung (G) zur Pulsweitenmodulationssteuerung
und/oder Frequenzsteuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters
umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (G) zur Pulsweitenmodulati onssteuerung und/oder Frequenzsteuerung
eine Vorrichtung (SQ1, SS1) zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers (C27) aufweist,
Steuermittel für diese Vorrichtung (SQ1, SS1) zum Steuern der Ladevor gänge und/oder der Entladevorgänge aufweist, und
Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die Dauer der abwechseln den Lade- und Entladevorgänge des Ladungsspeichers (C27) auszuwerten und in Abhängigkeit davon ein Frequenzsteuersignal und/oder ein Puls weitenmodulationssteuersignal zur Steuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters zu erzeugen.
dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (G) zur Pulsweitenmodulati onssteuerung und/oder Frequenzsteuerung
eine Vorrichtung (SQ1, SS1) zum abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers (C27) aufweist,
Steuermittel für diese Vorrichtung (SQ1, SS1) zum Steuern der Ladevor gänge und/oder der Entladevorgänge aufweist, und
Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die Dauer der abwechseln den Lade- und Entladevorgänge des Ladungsspeichers (C27) auszuwerten und in Abhängigkeit davon ein Frequenzsteuersignal und/oder ein Puls weitenmodulationssteuersignal zur Steuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters zu erzeugen.
12. Vorschaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fre
quenzteiler (FT1) oder ein Impulsteiler vorgesehen ist, der an seinem Ein
gang das Umschalten der Vorrichtung (SQ1, SS1) zum abwechselnden Laden
und Entladen eines Ladungsspeichers von Entladen zu Laden oder von Laden
zu Entladen detektiert und das Eingangssignal in Signale zur alternierenden
Steuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters aufteilt.
13. Vorschaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vor
schaltgerät eine mit einem steuerbaren Schaltmittel (V4) ausgestattete Heiz
vorrichtung zum Beaufschlagen der Lampenelektroden (E1-E4) der mindes
tens einen elektrischen Lampe (LP1, LP2) mit einem Heizstrom aufweist und
der Mikrocontroller (MC) einen Komparator (K1) aufweist, der den Ladezu
stand des Ladungsspeichers (C27) mit einem Referenzwert für die Lampen
elektrodenheizung vergleicht und der zum Erzeugen eines Steuersignals zur
Pulsweitenmodulation des steuerbaren Schaltmittels (V4) der Heizvorrich
tung dient.
14. Vorschaltgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Refe
renzwert mittels eines Schreib-Lese-Speichers (DR4) einstellbar ist.
15. Vorschaltgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikro
controller (MC) Synchronisationsmittel (SR1) zur Synchronisierung des
steuerbaren Schaltmittels (V4) der Heizvorrichtung mit einem Schaltmittel
(V2) des Wechselrichters aufweist.
16. Vorschaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleichspannungsversorgungsschaltung einen Hochsetzsteller zur Leistungsfaktorkorrektur und/oder zum Erzielen einer möglichst sinus förmigen Netzstromentnahme aufweist,
der Mikrocontroller (MC) eine zweite Vorrichtung (SQ2, SS2) zum ab wechselnden Laden und Entladen eines zweiten Ladungsspeichers (C26) aufweist,
der Mikrocontroller (MC) zweite Steuermittel für diese zweite Vorrich tung (SQ2, SS2) zum Steuern der Ladevorgänge und/oder der Entlade vorgänge aufweist, und
der Mikrocontroller (MC) zweite Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die zum Umladen des zweiten Ladungsspeichers (SQ2, SS2) zwi schen unterschiedlichen Ladezuständen erforderlichen Zeitspannen aus zuwerten und in Abhängigkeit davon ein Pulsweitenmodulationssteuersignal und/oder Frequenzsteuersignal für das steuerbare Schaltmittel (V1) des Hochsetzstellers zu erzeugen.
die Gleichspannungsversorgungsschaltung einen Hochsetzsteller zur Leistungsfaktorkorrektur und/oder zum Erzielen einer möglichst sinus förmigen Netzstromentnahme aufweist,
der Mikrocontroller (MC) eine zweite Vorrichtung (SQ2, SS2) zum ab wechselnden Laden und Entladen eines zweiten Ladungsspeichers (C26) aufweist,
der Mikrocontroller (MC) zweite Steuermittel für diese zweite Vorrich tung (SQ2, SS2) zum Steuern der Ladevorgänge und/oder der Entlade vorgänge aufweist, und
der Mikrocontroller (MC) zweite Auswertungsmittel aufweist, die dazu dienen, die zum Umladen des zweiten Ladungsspeichers (SQ2, SS2) zwi schen unterschiedlichen Ladezuständen erforderlichen Zeitspannen aus zuwerten und in Abhängigkeit davon ein Pulsweitenmodulationssteuersignal und/oder Frequenzsteuersignal für das steuerbare Schaltmittel (V1) des Hochsetzstellers zu erzeugen.
17. Vorschaltgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten
Auswertungsmittel einen ersten Komparator (K2, K3) zum Vergleich des La
dezustands des zweiten Ladungsspeichers (C26) mit einem ersten Span
nungswert und einen zweiten Komparator (K4) zum Vergleich des Ladezu
stands des zweiten Ladungsspeichers (C26) mit einem zweiten, niedrigeren
Spannungswert aufweisen, und dass die zweiten Steuermittel der zweiten
Vorrichtung (SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und Entladen eines La
dungsspeichers Schaltmittel (FL1) aufweisen, die zum Umschalten der zwei
ten Vorrichtung (SQ1, SS1; SQ2, SS2) von Laden zu Entladen des zweiten
Ladungsspeichers (C26) bei Erreichen des ersten Spannungswertes und zum
Umschalten der zweiten Vorrichtung (SQ2, SS2) von Entladen zu Laden des
zweiten Ladungsspeichers (C26) bei Erreichen des zweiten, geringeren Span
nungswertes dienen.
18. Vorschaltgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Spannungswert oder der zweite Spannungswert mittels eines Schreib-Lese-
Speichers (DR7) einstellbar ist.
19. Vorschaltgerät nach Anspruch 11 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtungen (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum abwechselnden Laden und Entla
den eines Ladungsspeichers jeweils eine steuerbare Stromquelle (SQ1; SQ2)
zum Beaufschlagen des Ladungsspeichers (C27) beziehungsweise des zwei
ten Ladungsspeichers (C26) mit einem einstellbaren Ladestrom und jeweils
eine steuerbare Stromsenke (SS1; SS2) zum Beaufschlagen des Ladungsspei
chers (C27) beziehungsweise des zweiten Ladungsspeichers (C26) mit einem
einstellbaren Entladestrom aufweisen.
20. Vorschaltgerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstel
lungen der steuerbaren Stromquellen (SQ1; SQ2) und der steuerbaren Stromsenken
(SS1; SS2) in Bezug auf einen Referenzstrompegel (IR) jeweils mit
einer Auflösung von mindestens 8 Bit variierbar sind.
21. Vorschaltgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Refe
renzstrompegel (IR) für den Ladestrom und den Entladestrom mittels eines
ohmschen Widerstandes (R30) vorgebbar ist.
22. Vorschaltgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens ein steuerbares Schaltmittel (V2, V3) des
Wechselrichters und/oder das steuerbare Schaltmittel (V4) der Heizvorrich
tung und/oder das steuerbare Schaltmittel (V1) des Hochsetzstellers über ein
setz- und rücksetzbares Statusbit aktivierbar und deaktivierbar ist bezie
hungsweise sind.
23. Vorschaltgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (MC) Schnittstellen (18, 19; 15, 16;
20, 21, 3) zur Erfassung von Betriebsparametern des Wechselrichters o
der/und der mindestens einen elektrischen Lampe (LP1, LP2) oder/und des
Hochsetzstellers besitzt und eine programmgesteuerte Einrichtung (A) auf
weist, die zur Auswertung der Betriebsparameter und zur Ermittlung von
Steilwerten für die Steuerung der Vorrichtungen (SQ1, SS1; SQ2, SS2) zum
abwechselnden Laden und Entladen eines Ladungsspeichers und/oder zur
Ermittlung des Referenzwertes für die Lampenelektrodenheizung und/oder
zur Ermittlung des ersten oder zweiten Spannungswertes dient.
24. Vorschaltgerät nach Anspruch einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis
23, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät Anschlüsse (J3, J4) und
Mittel (D5) zur Kommunikation mit einer externen Steuervorrichtung besitzt
und der Mikrocontroller (MC) Schnittstellen (5, 6) aufweist, die an die An
schlüsse (J3, J4) gekoppelt sind.
25. Verfahren zum Betreiben mindestens einer elektrischen Lampe (LP1, LP2)
mit Hilfe eines Vorschaltgerätes, das einen Wechselrichter mit einer einen
Mikrocontroller (MC) enthaltenden Steuerschaltung für die Schaltmittel (V2,
V3) des Wechselrichters aufweist und mindestens einen an den Wechselrich
ter gekoppelten Lastkreis mit Anschlüssen (X1-X8) für die mindestens eine
elektrische Lampe (LP1, LP2) besitzt,
dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Mikrocontrollers (MC)
ein Ladungsspeicher (C27) abwechselnd mit einem Ladestrom und einem Entladestrom beaufschlagt wird,
die Dauer der abwechselnden Lade- und Entladevorgänge des Ladungs speichers (C27) ausgewertet wird und in Abhängigkeit davon ein Fre quenzsteuersignal oder/und ein Pulsweitenmodulationssteuersignal zur alternierenden Steuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters erzeugt wird.
dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Mikrocontrollers (MC)
ein Ladungsspeicher (C27) abwechselnd mit einem Ladestrom und einem Entladestrom beaufschlagt wird,
die Dauer der abwechselnden Lade- und Entladevorgänge des Ladungs speichers (C27) ausgewertet wird und in Abhängigkeit davon ein Fre quenzsteuersignal oder/und ein Pulsweitenmodulationssteuersignal zur alternierenden Steuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters erzeugt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten
von Entladen zu Laden des Ladungsspeichers (C27) oder von Laden zu Ent
laden des Ladungsspeichers (C27) detektiert wird und mittels eines Fre
quenzteilers (FF1) oder eines Impulsteilers Steuersignale zur alternierenden
Steuerung der Schaltmittel (V2, V3) des Wechselrichters erzeugt werden.
27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen
elektroden (E1-E4) der mindestens einen elektrischen Lampe (LP1, LP2) mit
einem Heizstrom beaufschlagt werden, wobei der Heizstrom mittels eines
steuerbaren Schaltmittels (V4) geregelt wird, indem für das steuerbare
Schaltmittel (V4) mit Hilfe eines Komparators (K1), der den Ladezustand des
Ladungsspeichers (C27) mit einem Referenzwert für die Lampenelektroden
heizung vergleicht, pulsweitenmodulierte Steuersignale erzeugt werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert
in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung eingestellt wird und in
einem Schreib-Lese-Speicher (DR4) des Mikrocontrollers (MC) gespeichert
wird.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare
Schaltmittel (V4) zur Regelung des Heizstroms synchron mit einem Schaltmittel
(V2) des Wechselrichters eingeschaltet wird und die Einschaltdauer
des steuerbaren Schaltmittels (V4) zur Regelung des Heizstroms kleiner oder
gleich der Einschaltdauer des Schaltmittels (V2) des Wechselrichters ist.
30. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspan
nung zur Spannungsversorgung des Wechselrichters mittels eines Hochsetz
stellers geregelt wird, um eine Leistungsfaktorkorrektur oder/und eine si
nusförmige Netzstromentnahme zu gewährleisten, wobei Pulsweitenmodula
tionssteuersignale und/oder Frequenzsteuersignale für das steuerbare
Schaltmittel (V1) des Hochsetzstellers mit Hilfe des Mikrocontrollers (MC)
erzeugt werden, indem ein zweiter Ladungsspeicher (C26) zwischen unter
schiedlichen Ladezuständen umgeladen wird und die Zeitspannen zum Um
laden des zweiten Ladungsspeichers (C26) zur Erzeugung der Pulsweitenmo
dulationssteuersignale und/oder Frequenzsteuersignale für das steuerbare
Schaltmittel (V1) des Hochsetzstellers ausgewertet werden.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines
ersten Komparators (K2, K3) der Ladezustand des zweiten Ladungsspeichers
(C26) mit einem ersten Spannungswert verglichen wird und mit Hilfe eines
zweiten Komparators (K4) der Ladezustand des zweiten Ladungsspeichers
(C26) mit einem zweiten, niedrigeren Spannungswert verglichen wird, wobei
bei Erreichen des ersten Spannungswertes der Ladevorgang des zweiten La
dungsspeichers (C26) beendet und der Entladevorgang des zweiten Ladungs
speichers (C26) gestartet wird, und wobei bei Erreichen des zweiten, niedri
geren Spannungswertes der Entladevorgang des zweiten Ladungsspeichers
(C26) beendet und der Ladevorgang gestartet wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Span
nungswert oder/und der zweite Spannungswert mittels eines Schreib-Lese-
Speichers (DR7) eingestellt werden.
33. Verfahren nach Anspruch 25 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der La
destrom mittels einer Stromquelle (SQ1; SQ2) generiert wird und die Strom
stärke mittels eines Schreib-Lese-Speichers (DR1; DR6) eingestellt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 25 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Ent
ladestrom mittels einer Stromsenke (SS1; SS2) generiert wird und die Strom
stärke mittels eines Schreib-Lese-Speichers (DR2; DR5) eingestellt wird.
35. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 34, dadurch ge
kennzeichnet, dass mit Hilfe des Mikrocontrollers (MC) Istwerte von Be
triebsparametern des Wechselrichters und/oder der mindestens einen elektri
schen Lampe (LP1, LP2) und/oder der Gleichspannungsversorgungsschal
tung des Wechselrichters überwacht und zur Steuerung der Lade- bzw. Entla
devorgänge der Ladungsspeicher (C27; C26) oder/und zur Bestimmung des
Referenzwertes für die Lampenelektrodenheizung oder/und zur Bestim
mung des ersten oder/und zweiten Spannungswertes ausgewertet werden.
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