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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der
Betriebsgeräte für Leuchtmittel, wie beispielsweise
Gasentladungslampen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Steuerschaltung für
ein Betriebsgerät für Leuchtmittel wie beispielsweise
ein elektronisches Vorschaltgerät für mindestens
eine Gasentladungslampe, eine Gasentladungslampe oder eine Leuchtdiode
(LED).
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In
zunehmendem Maße weisen derartige Betriebsgeräte
integrierte Steuerschaltungen auf, die also den Betrieb der angeschlossenen
Leuchtmittel steuern. Derartige integrierte Steuerschaltungen können
beispielsweise hardware-gesteuerte ASICs sein.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere derartige integrierte
Steuerschaltungen, die gemäss einem Plattform-Ansatz in
unterschiedlichen Betriebsgeräten Verwendungen finden sollen.
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Im
folgenden soll erläutert werden, dass beispielsweise unterschiedliche
Heizkreistopologien (zur Heizung von Wendeln einer Lampe vor dem Zünden
und ggf. auch im Betrieb der gezündeten Lampe) eine Konfigurierung
einer integrierten Steuerschaltungsplattform erfordern. Es sei aber
bereits hier angemerkt, dass die unterschiedlichen Heizkreistopologien
nur als Beispiel dienen sollen und die externen integrierten Steuerschaltungen
gemäß der Erfindung zusätzlich oder alternativ
auch in anderer Hinsicht konfigurierbar sein können.
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In 1 ist
eine Schaltung eines Betriebsgeräts für Gasentladungslampen
gezeigt, die eine abschaltbare Heizschaltung für die Elektroden
der Lampe aufweist.
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Die
Bauteile Wechselrichter-Steuerschaltung 1, Schaltersteuerung 2 und
Heizstromdetektor 4 können in eine integrierte
Steuerschaltung integriert sein. Das Wechselrichter-Steuerschaltungsmodul 1 steuert
beispielsweise die Schalter S1, S2 einer Halbbrückenschaltung
an, die eine anliegende DC-Busspannung in eine hochfrequente Wechselspannung
umsetzt. An dem Mittenpunkt der Schalter S1, S2 ist ein Lastkreis
mitvorgesehen, der einen Resonanzkreis L1, C3 sowie einen Koppelkondensator C2
aufweist, an dem die Lampe LA angeschlossen ist.
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Gleichzeitig
ist an dem Mittenpunkt der Schalter S1, S2 auch ein Heizkreis angeschlossen, der
einen Übertrager T mit dem primärseitigen Wicklungen
T1, T3 und den sekundärseitigen Wicklungen T2, T4 aufweist.
Die sekundärseitigen Wicklungen T2, T4 sind jeweils mit
Elektroden K3, K4 bzw. K1, K2 der Lampe LA verbunden, wobei diese
Elektroden also geheizt werden sollen.
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Im
Heizbetrieb wird also der Übertrager T mit der Frequenz
der Halbbrückenschaltung S1, S2 betrieben.
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Mittels
des Schalters S3, der in Serie zu der Primärseite des Übertragers
T geschaltet ist, kann angesteuert durch das Schaltersteuermodul 2 der Heizkreis
selektiv ein- und ausgeschaltet werden.
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In 2 sind
die wesentlichen Elemente dieser Schaltung, insbesondere was den
Heizbetrieb betrifft, der Schaltung von 1 nochmals
herausgestellt. Die Steuerschaltung 5, die also beispielsweise die
Halbbrückenschaltung S1, S2 sowie den Heizkreisschalter
S3 ansteuert, ist in dem in 2 dargestellten
Beispiel als ASIC ausgeführt und kann bekanntlich auch
weitere Ansteuerfunktionen im Bereich der Zwischenkreisspannung
(P4 etc.) aufweisen. Darüber hinaus können der
Steuerschaltung 5 Parameter aus dem Bereich der Eingangsspannung des
Betriebsgeräts (beispielsweise Erfassung der Lampenspannung),
aus dem Bereich der Zwischenkreisspannung (Parameter einer PFC-Schaltung etc.)
sowie aus dem Lastkreis (Lampenparameter, Halbbrückenparameter)
zugeführt werden. Die Steuerschaltung 5, die insofern
auch bei der Erfindung Verwendung finden kann, kann ganz allgemein
Ansteuersignale für den Bereich der Zwischenkreisspannung
(Schalter eines PFC etc.), der Halbbrücke, der Heizung
und/oder des Ausgangskreises mit den Leuchtmitteln ausgeben.
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In 3 ist
eine von der Topologie von 2 abweichende
Heizkreistopologie dargestellt. Bei der Topologie gemäß 3 ist
wiederum die Heizschaltung an dem Mittenpunkt der Halbbrückenschaltung S1,
S2 versorgt. Der Vorheizstrom IL(t) wird
in diesem Fall über den Resonanzkondensator C3 geführt.
Die Heizkreisschaltungstopologie von 3 benötigt also
keinen dem Schalter S3 von 2 vergleichbaren
Schalter. Dafür ist diese Heizkreisschaltung natürlich
im Brennbetrieb auch nicht abschaltbar, so dass sie gewisse Verluste
der Leuchtmittel mit sich bringt. Um diese Verluste gering zu halten,
wird die Heizleistung entsprechend bei der Topologie von 3 in
Vergleich zu der Topologie von 2 eher kleiner
dimensioniert, was wiederum bedeutet, dass üblicherweise
die Vorheizzeit bei einer Topologie von 3 größer
ist als bei einer Topologie gemäß der 2.
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Es
besteht nunmehr ein Bedürfnis, eine integrierte Steuerschaltung
vorzuschlagen, die unterschiedliche Betriebsgerätstopologien
erkennen und sich darauf entsprechend anpassen kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken
der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerschaltung
für ein Betriebsgerät für Leuchtmittel
vorgeschlagen. Diese Steuerschaltung umfasst unter anderem eine
erste Schaltung zur Steuerung eines Leuchtmittel-Betriebsmoduls
aufweisend einen Lastkreis mit dem Leuchtmittel und eine Lampenbetriebsschaltung
zur Erzeugung einer Spannung für den Betrieb des Leuchtmittels.
Eine zweite Schaltung dient zur Steuerung einer von der Lampenbetriebsschaltung
versorgten Sonderbetriebsschaltung. Ein Erfassungsmodul ist sowohl
zur Erfassung eines Parameters des Leuchtmittel-Betriebsmoduls als
auch zur Erkennung des Vorhandenseins eines Schalters zum Ein- bzw.
Ausschalten der Sonderbetriebsschaltung ausgelegt.
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Die
Sonderbetriebsschaltung kann eine Heizschaltung oder einen Heizkreis
zum Vorheizen der Wendel des Leuchtmittels umfassen. Die zweite Schaltung
kann zur Steuerung eines Schalters der Heizschaltung ausgelegt sein.
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Falls
das Vorhandensein des Schalters erkannt wird, kann der Schalter
während einer Vorheizphase betrieben werden.
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Der
Schalter kann nach der Vorheizphase ausgeschaltet werden.
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Die
Sonderbetriebsschaltung kann eine Zündschaltung zum Bereitstellen
einer Zündspannung sein. Die zweite Schaltung kann zur
Steuerung eines Schalters der Zündschaltung ausgelegt sein.
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Falls
das Vorhandensein des Schalters erkannt wird, kann der Schalter
während einer Zündphase betrieben werden.
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Der
Schalter kann insbesondere nach der Zündphase ausgeschaltet
werden.
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Die
zweite Schaltung kann dazu ausgebildet sein, die Sonderbetriebsschaltung
derart zu steuern, dass die Steuerschaltung aus dem erfassten Parameter
die Topologie der Sonderbetriebsschaltung, d. h. das Vorhandensein
des Schalters oder nicht, ableiten kann.
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Die
zweite Schaltung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, nacheinander
die Sonderbetriebsschaltung ein- und auszuschalten bzw. aus- und
einzuschalten, so dass die Steuerschaltung mit Hilfe des erfassten
Parameters auf das Vorhandensein eines Schalters in der Sonderbetriebsschaltung
schließen kann.
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Die
Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, in einer ersten Phase
kein Steuersignal bzw. ein Steuersignal zum Abschalten des Schalters
der Sonderbetriebsschaltung und in einer zweiten Phase ein Steuersignal
zum Einschalten des Schalters der Sonderbetriebsschaltung zu erzeugen,
wobei das Erfassungsmodul in beiden Phasen das Parameter derart erfasst,
dass im Falle einer Veränderung des Parameters zwischen
beiden Phasen auf den Anschluss eines Schalters an die zweite Schaltung
geschlossen wird, und andernfalls erkannt wird, dass kein Schalter an
die zweite Schaltung angeschlossen ist.
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Alternativ
oder zusätzlich dazu, kann die zweite Schaltung die Sonderbetriebsschaltung
bei unterschiedlichen Frequenzen betreiben. Das Erfassungsmodul
kann die Leistungsaufnahme des Lastkreises bei den unterschiedlichen
Frequenzen derart erfassen, dass bei Änderung der Leistungsaufnahme auf
eine Sonderbetriebsschaltungstopologie mit Schalter geschlossen
werden kann.
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Zur
verbesserter Erkennung kann die erste Schaltung die Lampenbetriebsschaltung
bei unterschiedlichen Frequenzen betreiben. Das Erfassungsmodul
kann dann die Leistungsaufnahme des Lastkreises bei den unterschiedlichen
Frequenzen erfassen. Die Steuerschaltung kann abhängig
von dieser Erfassung auf die Topologie der Sonderbetriebsschaltung
schließen. Insbesondere bei Änderung der Leistungsaufnahme
kann auf eine Sonderbetriebsschaltungstopologie mit Schalter geschlossen
werden. In dem Fall kann die Lampenbetriebsschaltung beispielsweise
als Halbbrücke ausgestaltet sein.
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Vorzugsweise
kann auf eine Sonderbetriebsschaltung ohne Schalter geschlossen
werden, falls die Leistungsaufnahme bei den unterschiedlichen Frequenzen
konstant bleibt.
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Die
zweite Schaltung kann dazu ausgelegt sein, bei vorhandenem Schalter
die Sonderbetriebsschaltung zumindest vor dem Normalbetrieb des Leuchtmittels
zu betreiben bzw. aktivieren.
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Weiterhin
kann die zweite Schaltung dazu ausgelegt sein, bei vorhandenem Schalter
den Schalter einzuschalten.
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Vorzugsweise
kann die zweite Schaltung auch dazu ausgelegt sein, bei vorhandenem
Schalter den Schalter gepulst zu betreiben.
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Der
Schalter kann in einem bestimmten Betriebsmodus, wie beispielsweise
in der Vorheizphase oder Zündphase, mit einer anderen Frequenz
betrieben wird als im Normalbetrieb.
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Die
zweite Schaltung kann dazu ausgelegt sein, bei nicht-vorhandenem
Schalter den Schalter auszuschalten.
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Vorzugsweise
kann die zweite Schaltung dazu ausgelegt sein, bei vorhandenem Schalter
und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die Sonderbetriebsschaltung
zu deaktivieren bzw. auszuschalten.
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Die
zweite Schaltung kann dazu ausgelegt sein, bei vorhandenem Schalter
die Sonderbetriebsschaltung zumindest vor dem Normalbetrieb des Leuchtmittels
zu betreiben bzw. aktivieren.
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Die
Lampenbetriebsschaltung kann als Wechselrichter ausgebildet ist.
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Der
Wechselrichter kann nach einer Ausführungsform eine Halbbrücke
sein.
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Der
Wechselrichter kann aber alternativ auch eine Vollbrücke
oder ein Push-Pull Konverter sein.
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Das
Erfassungsmodul kann zur Erfassung des durch die Lampenbetriebsschaltung
fließenden Stroms ausgelegt sein.
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Alternativ
kann das Erfassungsmodul zur Erfassung des durch die Sonderbetriebsschaltung
fließenden Stroms ausgelegt sein.
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Weiterhin
kann das Erfassungsmodul zur Erfassung eines Parameters des Lastkreises
ausgelegt sein.
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Die
Steuerschaltung kann als integrierte Schaltung ausgeführt
sein, vorzugsweise als ASIC.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerschaltung
zum Betreiben mindestens eines Leuchtmittels vorgeschlagen, aufweisend
- – mindestens einen ersten Steuerungspin
zur Steuerung eines Betriebsmoduls mit einer Lampenbetriebsschaltung
zur Bereitstellung einer Spannung für das Leuchtmittel,
- – einen zweiten Steuerungspin zur Steuerung einer von
der Lampenbetriebsschaltung versorgten Sonderbetriebsschaltung,
und
- – einen Erfassungspin, der sowohl zur Erfassung eines
Parameters des Betriebsmoduls als auch zur Erkennung der Topologie
der Sonderbetriebsschaltung ausgebildet ist.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Vorschaltgerät
für Leuchtmittel vorgeschlagen. Dieser Vorschaltgerät
weist eine Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
auf.
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Das
Vorschaltgerät kann einen Mess-Widerstand zur Erfassung
des Parameters aufweisen.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Erkennung der Topologie einer von einer Steuerschaltung gesteuerten
Sonderbetriebsschaltung für Leuchtmittel vorgeschlagen.
Die Steuerschaltung steuert ein Leuchtmittel-Betriebsmodul aufweisend
einen Lastkreis mit dem Leuchtmittel und eine Lampenbetriebsschaltung
zur Erzeugung einer Spannung für den Betrieb des Leuchtmittels.
Die Sonderbetriebsschaltung wird von der Lampenbetriebsschaltung
versorgt. Die Sonderbetriebsschaltung kann derart von der Steuerschaltung
gesteuert werden, dass aus einem erfassten Parameter des Leuchtmittel-Betriebsmoduls
das Vorhandensein eines Schalters zum Ein- bzw. Ausschalten der
Sonderbetriebsschaltung abgeleitet werden kann.
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Bei
der vorliegenden Erfindung soll also an einem Pin erfasst werden,
ob ein MOSFET-Schalter eines Heizkreises (oder ganz allgemein ein
Schalter) an einem internen ASIC-Treiber angeschlossen ist. Diese
Erfassung bzw. Erkennung kann auch dazu benutzt werden, um zu erkennen,
ob weitere Schalter – wie beispielsweise ein Schalter zur
Zündung der Lampe – an den ASIC angeschlossen
ist.
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Gemäß der
Erfindung kann die Erfassung über die Messung des Stroms
am Halbbrücken- bzw. Vollbrücken-Shunt erfolgen.
Somit kann der Halbbrücken-Erfassungspin auch für
die Konfigurationserfassung Schalter vorliegend/kein Schalter angeschlossen
verwendet werden.
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Wenn
nämlich im Heizkreis kein Schalter angeschlossen ist, fließt
sofort ein Strom durch den Primärkreis der Heizung.
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Wenn
dagegen ein Schalter angeschlossen ist, der in diesem Zustand noch
offen ist, fließt kein Strom, sondern vielmehr fließt
der Strom erst bei einer Einschaltansteuerung des Schalters durch
den internen ASIC-Treiber.
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Somit
wird also erstmals der Halbbrückenshunt-Pin des ASICs zur
Erfassung der Heizkreistopologie verwendet.
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Alternativ
kann die Erfassung auch über den Erfassungspin für
den Shunt in der Primärseite des Heizkreises erfolgen,
wobei dieser Shunt oft zur Wendelerkennung verwendet wird.
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Alternativ
zu einer Heizschaltung mit Schalter und Heiztrafo kann auch beispielsweise
eine Zündschaltung vorhanden sein, bei der ein Schalter die
Zündphase aktiviert und nach Lampenzündung wieder
deaktiviert.
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Wenn
die Erkennungssequenz ein Vorhandensein des zusätzlichen
Schalters anzeigt, kann dieser Schalter auch gepulst betrieben werden,
beispielsweise während der Vorheiz- oder Zündphase. Weitere
Reaktionen auf eine positive Erkennung sind das Deaktivieren des
Schalters nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise nach der
Vorheiz- oder Zündphase, oder das Wählen einer
anderen Rampe zum Ändern der Frequenz in einem bestimmten
Betriebsmodus, beispielsweise im Vorheiz- oder Zündmodus.
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Zum
besseren Erkennen, ob ein Schaltelement vorhanden ist, kann auch
eine frequenzselektive Messung durchgeführt werden. Dabei
wird die Eigenschaft genutzt, dass die Leistungsaufnahme des Lastkreises
frequenzabhängig ist. Mit Hilfe einer frequenzvariablen
Ansteuerung des eventuell vorhandenen Schalters und einer entsprechenden
Ermittlung der Leistungsaufnahme kann somit auf eine Topologie mit
oder ohne Schalter geschlossen werden, je nachdem ob diese ermittelte
Leistungsaufnahme sich frequenzabhängig oder frequenzunabhängig verhält.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
werden nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen
näher erläutert.
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1 zeigt
eine aus der
EP 0 707
438 B1 bekannte Schaltung eines Vorschaltgeräts
für mindestens eine Gasentladungslampe,
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2 zeigt
eine integrierte Steuerschaltung mit einer ersten Heizschaltungstopologie,
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3 zeigt
eine integrierte Steuerschaltung mit einer zweiten Heizschaltungstopologie,
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4 zeigt
eine integrierte Steuerschaltung und ein Vorschaltgerät
für Leuchtmittel aufweisend eine erste Heizschaltungstopologie
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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5 zeigt
eine integrierte Steuerschaltung und ein Vorschaltgerät
für Leuchtmittel aufweisend eine zweite Heizschaltungstopologie
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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6 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
mit einer integrierten Steuerschaltung und ein Vorschaltgerät
für Leuchtmittel gemäß einer ersten Heizschaltungstopologie,
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7 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
mit einer integrierten Steuerschaltung und ein Vorschaltgerät
für Leuchtmittel gemäß einer zweiten
Heizschaltungstopologie, und
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8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
aufweisend eine Zündschaltung zur Bereitstellung einer
Zündspannung.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, insbesondere
eine integrierte Steuerschaltung und ein Vorschaltgerät
für Leuchtmittel aufweisend eine erste Heizschaltungstopologie
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Das
in 4 dargestellte Betriebsgerät bzw. Vorschaltgerät
für ein Leuchtmittel wie beispielsweise eine Gasentladungslampe
weist zunächst eine integrierte Steuerschaltung 5 auf,
die den Betrieb der angeschlossenen Gasentladungslampe steuert.
Die integrierte Steuerschaltung 5 kann beispielsweise eine
ASIC (Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung) bzw. ein hardware-gesteuerter
integrierter Schaltkreis sein.
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Das
Vorschaltgerät weist weiterhin einen Wechselrichter S1,
S2 auf, der eine vorhandene Gleichspannung oder Busspannung Vbus in eine vorzugsweise hochfrequente Wechselspannung
zum Betreiben des Leuchtmittels bzw. der Lampe umwandelt.
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Der
Wechselrichter S1, S2 ist beispielsweise als Halbbrückenschaltung
ausgebildet und besteht aus den steuerbaren Schaltern S1, S2, die
mittels einer Wechselrichtersteuerschaltung 1 über
entsprechende Steuerungspins 10, 11 der integrierten
Steuerschaltung 5 im Gegentakt angesteuert werden, so dass
im Wechsel jeweils ein Schalter ein- und der andere ausgeschaltet
sind. Die zwei Schalter S1, S2 des Wechselrichters sind an diese
Steuerungspins 10, 11 anschließbar.
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Die
beiden Wechselrichterschalter S1, S2 sind in Serienschaltung zwischen
der positiven Versorgungsspannung Vbus und
Masse geschaltet. In Serie mit den Schaltern S1, S2 ist auch ein
Shunt oder ein Mess-Widerstand 14 vorgesehen, der einerseits mit
einem Anschluss des Schalters S2 und andererseits mit Masse verbunden
ist.
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Demnach
kann von einem Detektormodul 15 der integrierten Schaltung 5 am
Punkt zwischen dem Schalter S2 und dem Mess-Widerstand 14 der
Wechselrichterstrom abgegriffen werden. Zu diesem Zweck ist an der
integrierten Schaltung 5 ein Erfassungspin 12 vorgesehen,
worüber der Abgriffspunkt an das Detektormodul 15 verbunden
werden kann.
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Am
gemeinsamen Knotenpunkt der beiden Wechselrichterschalter S1, S2
ist der Lastkreis angeschlossen. Dieser besteht aus einem Serienresonanzkreis,
der sich aus einer Resonanzkreis-Spule L1 und einem Resonanzkreis-Kondensator
Cres zusammensetzt. Der Resonanzkreis-Kondensator Cres ist mit seinem
einen Anschluss mit Masse verbunden.
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Ein
Koppelkondensator C2 ist in Serie mit der Resonanzkreis-Spule L1
geschaltet. An dem Verbindungsknoten zwischen dem Resonanzkreis-Kondensator
Cres und der Resonanzkreis-Spule L1 ist dann das Leuchtmittel bzw.
eine Elektrode einer Gasentladungslampe angeschlossen. Die andere
Elektrode der Gasentladungslampe ist mit Masse verbunden.
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Weiterhin
ist ein Heiztransformator T vorgesehen, der zwei primärseitige
Wicklungen T1, T3 sowie zwei sekundärseitige Wicklungen
T2, T4 aufweist. Die eine primärseitige Wicklung ist mit
ihrem einem Anschluss über einen Kondensator C4 an dem Verbindungsknoten
der beiden Wechselrichterschalter S1, S2 angeschlossen und mit ihrem
zweiten Anschluss mit der zweiten primärseitigen Wicklung
verbunden.
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Diese
zweiten primärseitige Wicklung ist wiederum mit einem Anschluss
eines weiteren steuerbaren Heizschalters S3 verbunden. Der zweite
Anschluss des weiteren steuerbaren Heizschalters S3 ist an Masse
angeschlossen.
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Somit
ergibt sich eine Serienschaltung aus den beiden primärseitigen
Wicklungen T1, T3 des Heiztransformators T und dem weiteren steuerbaren Heizschalter
S3. Der Heiztransformator T kann also von diesem Heizschalter S3
jeweils ein- und abgeschaltet werden.
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Der
Heizschalter S3 wird wiederum von einer ihm zugeordneten Schaltsteuerung 2 der
integrierten Schaltung 5 betrieben, so dass die integrierte
Schaltung 5 letztendlich über einen Heizsteuerungspin 13 den
Heizschalter S3 und den Heiztransformator T steuern bzw. betreiben
kann.
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Die
beiden sekundärseitigen Wicklungen T2, T4 des Heiztransformators
T sind jeweils mit den Heizwendelanschlüsssen der einen
Lampen-Elektrode und mit den Heizwendelanschlüssen der
zweiten Lampen-Elektrode verbunden.
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Diese
Heizschaltungstopologie basierend auf den Heiztransformator T und
den Heizschalter S3 kann nun von der integrierten Schaltung 5 erkannt bzw.
festgestellt werden, ohne diese integrierte Steuerschaltung 5 vorab
konfigurieren oder einstellen zu müssen.
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Diese
Topologie-Erkennung kann derart erfolgen, dass in einer ersten Betriebsphase
der Lampe nur die steuerbaren Schalter S1, S2 des Wechselrichters
angesteuert werden. Der Heizschalter S3 wird hingegen in dieser
ersten Betriebsphase nicht abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Der
steuerbare Heizschalter S3 wird nicht angesteuert und bleibt geöffnet.
Demgemäß fließt kein primärseitiger
Strom durch die Wicklungen T1, T3 und die gesamte Heizkreisschaltung
bleibt abgeschaltet.
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Der
durch den Wechselrichter fließende Strom wird vom Detektormodul 15 in
der ersten Betriebsphase erfasst. Diese Stromerfassung kann kontinuierlich
oder nur zu bestimmten Zeitpunkten durchgeführt werden.
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Daraufhin
wird in einer zweiten Betriebsphase zusätzlich zu den zwei
steuerbaren Schaltern S1, S2 des Wechselrichters auch der Heizschalter
S3 aktiviert bzw. angesteuert. Der Wechselrichterstrom wird weiter
vom Detektormodul 15 erfasst.
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Sobald
die Schaltersteuerung 2 des integrierten Steuerschaltung 5 den
Heizschalter S3 ansteuert, kann also das Detektormodul 15 eine
Laständerung feststellen und auf eine Heizkreistopologie mit
Heizschalter S3 schließen. Mit anderen Worten erkennt die
integrierte Schaltung wegen der Änderung des Wechselrichterstroms,
dass der Heiztransformator T von einem Heizschalter S3 angesteuert wird,
bzw. dass ein Heizschalter S3 an den Heizsteuerungspin 13/an
die Schaltersteuerung 2 angeschlossen ist.
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5 zeigt
ein Vorschaltgerät mit einer alternativen Heizkreistopologie.
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Die
in 5 gezeigte Schalteranordnung entspricht der in 4 gezeigten
Anordnung mit dem Unterschied, dass die primärseitigen
Wicklungen T1, T3 des Heiztransformators T nicht mit dem steuerbaren
Heizschalter S3 verbunden, sondern direkt an Masse angeschlossen
sind. Bei dieser Heizkreistopologie kann die Heizkreisschaltung
nicht abgeschaltet werden. Da die Schaltersteuerung 2 keinen
Schalter S3 zu steuern hat, kann an den Heizsteuerungspin 13 der
integrierten Schaltung 5 ein Widerstand 16 angeschlossen
werden.
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Bei
Durchführung der Heizkreistopologie-Erkennung werden in
der ersten Betriebsphase – ähnlich wie im vorigen
Beispiel – von der Wechselrichtersteuerschaltung 1 entsprechende
Signale zur Ansteuerung des Wechselrichters S1, S2 erzeugt. Gleichzeitig
wird der durch den Wechselrichter fließende Strom vom Detektormodul 15 erfasst.
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In
der zweiten Betriebsphase wird auch von der Schaltersteuerung 2 ein
Signal zu Steuerung oder Aktivierung eines Heizschalters S3 erzeugt.
Da aber bei der in 5 gezeigten Heizkreistopologie kein
derartiger Heizschalter S3 zum Ansteuern des Heiztransformators
T vorhanden ist, kann vom Detektormodul 15 keine Änderung
des Wechselrichterstroms festgestellt werden.
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Es
bleibt somit festzuhalten, dass eine erfindungsgemäße
integrierte Steuerungsschaltung 5 erkennen kann, ob der
von ihr über den Wechselrichter S1, S2 versorgte Heizkreis
T1, T2, T3, T4 mittels eines Heizschalters S3 abschaltbar ist, bzw.
ob ein Heizschalter S3 zum Ein- und Abschalten des Heizkreises an
den Heizsteuerungspin 13 der integrierten Steuerungsschaltung 5 angeschlossen
ist.
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Das
in 6 gezeigte Vorschaltgerät weist unter
anderem die Heizkreistopologie der 4 auf, d.
h. einen Heizkreis mit einem Heiztransformator T und einem von der
integrierten Steuerschaltung 5' steuerbaren Heizschalter
S3. Das Ein- und Abschalten vom Heiztransformator T wird über
den Heizschalter S3 von der Schaltsteuerung 2 gesteuert, ähnlich
wie in 4.
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In
Serie mit diesem Heizschalter S3 ist ein Shunt oder Mess-Widerstand 14' angeordnet,
so dass der durch die primärseitigen Wicklungen T1, T3 fließende
Strom von einem Heizstrom-Detektor 4 ermittelt werden kann.
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Die
Schalteranordnungen der 7 und 6 sind sich ähnlich
und weisen lediglich eine andere Heizkreistopologie auf. Während
der Heiztransformator des in 6 gezeigten
Vorschaltgeräts von dem steuerbaren Schalter S3 abgeschaltet
werden kann, bleibt der Heiztransformator T in 7 eingeschaltet,
da kein entsprechender Schalter S3 vorhanden ist.
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Die
integrierte Schaltung 5' in 7 weist trotzdem
eine Schaltersteuerung 2 auf, die aber keinen Schalter
S3 steuert. Der mit der Schaltersteuerung 2 verbundene
Heizsteuerungspin 13 kann somit beispielsweise an einen
Widerstand 16 angeschlossen werden.
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Die
in 6 und 7 gezeigte integrierte Steuerschaltung 5' gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist in der Lage, die Heizkreistopologie des Vorschaltgeräts
zu erkennen.
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Diese
Erkennung läuft im Prinzip ähnlich wie in dem
im Zusammenhang mit 4 und 5 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiel ab. Zunächst werden
also von der integrierten Steuerschaltung 5' an den zwei
Steuerungspins 10, 11 Signale zur Steuerung der
Schalter S1, S2 bereitgestellt. In dieser ersten Phase wird die
Schaltersteuerung 2 nicht tätig, d. h. sie erzeugt
kein zum Steuern eines Heizschalters S3 entsprechendes Signal.
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Diese
Schaltersteuerung 2 wird erst in einer weiteren zweiten
Phase tätig, d. h. erst dann wird am Heizsteuerungspin 13 ein
Signal zum Ein- und Abschalten des Heizschalters S3 bereitgestellt.
In dieser zweiten Phase werden die Schalter S1, S2 von der Wechselrichter-Steuerschaltung 1 weiter
betrieben bzw. gesteuert.
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Der
Heizstrom-Detektor 4 erfasst in diesen zwei Phasen den
Strom durch die Primärseite des Heiztransformators T. Ändert
sich dieser Strom zwischen erster und zweiter Phase, so kann die
integrierte Steuerschaltung 5' auf eine Heizkreistopologie
mit Heizschalter S3 schließen. Andernfalls weist das Vorschaltgerät
eine einfache Heizkreistopologie ohne Heizschalter S3.
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Nachdem
die erfindungsgemäße integrierte Steuerschaltung 5, 5' erkannt
hat, ob ein Heizschalter S3 im Vorschaltgerät vorhanden
ist, bzw. ob ein Heizschalter S3 den Heiztransformator T abschalten kann,
kann die Steuerschaltung 5, 5' entsprechend reagieren.
Z. B. wird am Heizsteuerungspin 13 kein Signal bereitgestellt,
falls erkannt wird, dass es keinen Heizschalter S3 zu steuern gibt.
Weiterhin kann die integrierte Steuerschaltung 5, 5' die
Steuerung der Schalter S1, S2 oder auch andere Betriebsparameter
wie beispielsweise die Zeitdauer des Vorheizvorgangs anpassen.
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Nachfolgend
wird im Zusammenhang mit 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben, nämlich ein elektronisches
Vorschaltgerät zur Bereitstellung einer Zündspannung.
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Die
in 8 gezeigte Schaltungsanordnung umfasst steuerbare
Schalter S1'–S4', die zu einer Vollbrücke verschaltet
sind. An die Vollbrücke ist eine Gleichspannung U0 angelegt,
die von einer geeigneten Gleichspannungsquelle des entsprechenden elektronischen
Vorschaltgeräts, in dem die Schaltungsanordnung verwendet
wird, stammt. Zu den Schaltern S1'–S4' sind jeweils Freilaufdioden
parallel geschaltet, wobei der Einfachheit halber in 8 lediglich
die dem Schalter S1' parallel geschaltete Freilaufdiode D1' dargestellt
ist. Als Schalter S1'–S4' werden vorzugsweise Feldeffekttransistoren
verwendet, die die Freilaufdioden bereits enthalten.
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In
dem Brückenzweig der in 8 gezeigten Vollbrücke
ist eine anzusteuernde Gasentladungslampe EL' angeordnet, beispielsweise
eine Hochdruck-Gasentladungslampe und insbesondere eine Metallhalogen-Hochdruck-Gasentladungslampen, die
besonders hohe Zündspannungen benötigt. Hochdruck-Gasentladungslampen
unterscheiden sich von Niederdruck-Gasentladungslampen insbesondere
dadurch, dass sie höhere Zündspannungen benötigen
und in ihrem kleineren Lampenkörper ein höherer
Druck auftritt. Des weiteren weisen Hochdruck-Gasentladungslampen
eine höhere Leuchtdichte auf, wobei sich jedoch die Farbtemperatur
der jeweiligen Hochdruck-Gasentladungslampe mit der zugeführten
Leistung ändert. Elektronische Vorschaltgeräte
für Hochdruck-Gasentladungslampen sollten daher einerseits
hohe Zündspannungen bereitstellen und andererseits eine
Konstanthaltung der zugeführten Leistung ermöglichen.
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Mit
dem Brückenzweig der in 8 dargestellten
Vollbrücke ist ein Serienresonanzkreis gekoppelt, der eine
Induktivität L1' und eine Kapazität C1' umfasst,
wobei die Kapazität C1' an einen Anzapfungspunkt der Induktivität
L1' angreift und über einen weiteren steuerbaren Schalter
S5' parallel zu dem Schalter S4' geschaltet ist. Darüber
hinaus ist eine Glättungs- oder Filterschaltung vorgesehen,
die eine weitere Induktivität L2' und eine weitere Kapazität
C2' aufweist, wobei diese Bauelemente wie in 8 gezeigt
verschaltet sind.
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An
die Vollbrücke ist zudem ein Widerstand R1' angeschlossen,
der als Strommess- oder Shunt-Widerstand dient. Mit Hilfe der am
Widerstand R1' abgegriffenen Spannung kann die Höhe des Stroms
iL2 durch die Induktivität L2 erfasst werden.
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Die
steuerbaren Schalter S1'–S4' werden über Steuerungspins 10, 11, 84, 85 von
einer Vollbrücke-Steuerschaltung 81 einer integrierten
Steuerschaltung 80 angesteuert.
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Der
weitere Schalter S5' wird über einen entsprechenden Pin 13 von
einer ihm zugeordneten Schaltsteuerung 82 der integrierten
Steuerschaltung 80 betrieben bzw. ein- und ausgesteuert.
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Ein
Widerstand R80' ist mit dem Schalter S5' in Serie geschaltet. Ein
Erfassungsmodul 83 ist dazu ausgelegt, die an dem Widerstand
R80' abfallenden Spannung zu messen. Somit kann der augenblickliche
Wert des Stroms durch den Schalter S5' von diesem Erfassungsmodul 83 bestimmt
werden.
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Der
zuvor erwähnte Serienresonanzkreis mit der Induktivität
L1' und der Kapazität C1' dient in Kombination mit der
weiteren Kapazität C2' insbesondere zum Zünden
der Gasentladungslampe EL'. Zu diesem Zweck wird der Serienresonanzkreis
in Resonanz angeregt, d. h. eine der Resonanzfrequenz entsprechende
Frequenz der Lampe zugeführt. Die Anregung des Resonanzkreises
erfolgt durch abwechselndes Schalten der Schalter S3' und S4'. Dies
soll nachfolgend näher erläutert werden.
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Zum
Zünden der Gasentladungslampe EL' werden zwei unmittelbar
in Serie geschaltete Schalter, beispielsweise die Schalter S1' und
S2', mit Hilfe der Vollbrücke-Steuerschaltung 81 geöffnet
und der Schalter S5', der sich in Serie mit der Kapazität
C1' befindet, mit Hilfe der Schaltsteuerung 82 geschlossen.
Die anderen beiden Schalter, beispielsweise die Schalter S3' und
S4', der Vollbrücke werden abwechselnd geöffnet
und geschlossen, wobei dies mit einer relativ hohen Frequenz (ca.
150 kHz) erfolgt. Die Schaltfrequenz wird langsam in Richtung auf
die Resonanzfrequenz des durch die Induktivität L1' und
die Kapazität C1' gebildeten Serienresonanzkreises abgesenkt.
Die Zündspannung der Gasentladungslampe EL' wird in der
Regel bereits vor Erreichen der Resonanzfrequenz erreicht. In diesem
Fall wird die Schaltfrequenz für die Schalter S3' und S4'
auf dieser Frequenz gehalten bis die Lampe EL' zündet.
Die an der rechten Hälfte von L1' abfallende Spannung wird aufgrund
des durch die Induktivität L1' realisierten Spartransformatorprinzips
beispielsweise im Verhältnis 1:15 auf die linke Hälfte,
die mit der Gasentladungslampe EL' gekoppelt ist, hochtransformiert,
wobei die an der linken Hälfte der Induktivität
L1' auftretende Spannung die tatsächliche Zündspannung
für die Gasentladungslampe EL' bildet, die über
die Kapazität C2' an die Lampe angelegt wird. Um das Zünden
der Gasentladungslampe EL' zu erfassen, wird die an dem Anzapfungspunkt
der Induktivität L1' abfallende Spannung gemessen, welche
proportional zur Zünd- bzw. Lampenspannung ist, da nach
dem Zünden der Lampe EL' diese dämpfend auf den
Serienresonanzkreis einwirkt.
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Nach
erfolgter Zündung der Gasentladungslampe EL' wird der Schalter
S5' für den nachfolgenden Normalbetrieb geöffnet.
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Zum
Zünden der Hochdrucklampe werden also die Schalter diagonal
gegenüberliegend wechselweise mit einer hohen Frequenz
ein- und ausgeschaltet, wobei zunächst der Schalter S5'
geschlossen ist. Die Zündfrequenz wird auf den Serienresonanzkreis
abgestimmt, der durch C1' und den rechten Teil des Spartransformators
L1' gebildet ist. Sobald eine Zündung detektiert ist, wird
der Schalter S5 geöffnet, und die Schaltfrequenz der gegenüberliegenden
Schalter wird entsprechend drastisch reduziert.
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Der
Schalter S5' hat dabei die folgende weitere Funktion. Wenn beim
Zündvorgang festgestellt wird, dass der Betrieb der Lampe
kapazitiv wird, so wird der Schalter S5' geöffnet, mit
der Folge, dass nicht mehr der Serienschwingkreis C1', L1' die Resonanzfrequenz
bestimmt, sondern vielmehr der Serienschwingkreis (Glättungs-Filterschaltung)
C2', L2', dessen Resonanzfrequenz wesentlich niedriger liegt. Dadurch
wird sofort von dem kapazitiven in den induktiven Bereich geschaltet.
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Weiterhin
ist zu bemerken, dass der Schalter S5' für die Funktionsfähigkeit
der in 8 gezeigten Schaltungsanordnung nicht unbedingt
erforderlich ist, auch wenn mit Hilfe des Schalters S5', der nach erfolgter
Zündung der Gasentladungslampe EL' geöffnet wird,
jedoch ein saubererer Betrieb der Gasentladungslampe EL' möglich
ist.
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Nach
alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann somit
der Schalter S5' auch nach erfolgter Zündung der Gasentladungslampe
EL' geschlossen bleiben oder grundsätzlich durch eine entsprechende Überbrückung
ersetzt sein.
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Erfindungsgemäß kann
nun von der integrierten Schaltung 80 festgestellt werden,
ob ein steuerbarer Schalter S5' in der Zündschaltung des elektronischen
Vorschaltgeräts angeschlossen ist oder nicht, wobei im
letzteren Fall der Schalter S5' vorzugsweise durch eine Überbrückung
ersetzt wird. Die integrierte Schaltung 80 ist also in
der Lage, die Topologie der Zündschaltung bzw. das Vorhandensein
eines Schalters S5' in der Zündschaltung zu prüfen
und erkennen.
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Diese
Erkennung wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass die
Schaltsteuerung 82 nacheinander Signale zum Ein- und Ausschalten
bzw. zum Aus- und Einschalten des Schalters S5' am Pin 13 bereitstellt.
Vorzugsweise bleiben die übrigen Schalter S1'–S4'
währenddessen im gleichen Zustand (ein- oder ausgeschaltet).
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Ändert
sich dabei beispielsweise der vom Erfassungsmodul 83 erfasste
Strom, so kann die integrierte Steuerschaltung 80 eine
Laständerung feststellen und darauf schließen,
dass die Zündschaltung einen steuerbaren Schalter S5' beinhaltet,
und dass dieser Schalter S5' mit der Schaltsteuerung 82 und dem
entsprechenden Pin 13 verbunden ist.
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Falls
sich der Wert des erfassten Stroms hingegen nicht ändert,
so bedeutet dies, dass die Zündschaltung keinen Schalter
umfasst.
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Das
Erfassungsmodul 83 dient zur Überwachung des Stroms
durch den Schalter S5'. Alternativ kann das Erfassungsmodul 83 auch
den Strom am Vollbrücken-Shunt R1' messen oder andere Parameter
des elektronischen Vorschaltgeräts überwachen, die
sich beim Umschalten bzw. Ausschalten des Schalters S5' ändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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