DE4335375B4 - Power supply unit for supplying a gas discharge lamp - Google Patents

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Abstract

Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe, bei dem die Gasentladungslampe über periodisch betätigte Schalter an eine Gleichspannung angeschlossen ist, die über einen Netzgleichrichter (1) aus der Netzspannung gewonnen und mittels eines Schaltnetzteils (2–5) umgeformt ist, an dessen Ausgang die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren (6, 7) und die Reihenschaltung von zwei Schalttransistoren (12, 13) angeschlossen sind, und wobei die Gasentladungslampe (8) an die Mittelpunkte (c, d) der beiden Reihenschaltungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet dass das Schaltnetzteil, die beiden Schalttransistoren (12, 13) und eine Zündschaltung, die eine Zündenergie zum Zünden der Gasentladungslampe (8) abgibt, von einem Mikroprozessor (16) gesteuert sind, der die Zündenergie in Abhängigkeit vom Zustand der Gasentladungslampe (8) steuert, und der bewirkt, dass während einer kritischen Zeit nach dem Abschalten der Gasentladungslampe (8) ein Wiedereinschalten verhindert ist.Power supply unit for power supply a gas discharge lamp, wherein the gas discharge lamp over periodically actuated Switch is connected to a DC voltage via a Mains rectifier (1) obtained from the mains voltage and by means of a switching power supply (2-5) is converted at its output, the series connection of two capacitors (6, 7) and the series connection of two switching transistors (12, 13) are connected, and wherein the gas discharge lamp (8) to the centers (c, d) of the two series circuits connected is, characterized in that the switching power supply, the two Switching transistors (12, 13) and an ignition circuit having an ignition energy to ignite of the gas discharge lamp (8), from a microprocessor (16) are controlled, the ignition energy dependent on controlled by the state of the gas discharge lamp (8), and which causes that while a critical time after switching off the gas discharge lamp (8) a restart is prevented.

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Description

Die Erfindung geht aus von einem Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein bekanntes Netzgerät dieser Art enthält insgesamt fünf Transistoren, und zwar einen Schalttransistor für ein einfaches Schaltnetzteil und vier weitere Schalttransistoren in Form einer Brückenschaltung, in deren Diagonale die Gasentladungslampe liegt. An ein derartiges Netzgerät werden besondere Anforderungen hinsichtlich des Powerfaktors oder Leistungsfaktors gestellt. Dieser Faktor ist unteranderem ein Maß für den Anteil von Oberwellen in dem dem Netz entnommenen Strom. Der Faktor darf nach neuesten Bestimmungen bestimmte, von der jeweiligen Leistung abhängige Werte nicht unterschreiten, um die Oberwellenbelastung des Netzes zu begrenzen.The The invention is based on a power supply unit for supplying a gas discharge lamp according to the generic term of claim 1. A known power supply of this kind contains a total five transistors, and a switching transistor for a simple switching power supply and four further switching transistors in the form of a bridge circuit, in the diagonal of the gas discharge lamp is located. To such a power Supply be special requirements regarding the power factor or Power factor provided. This factor is, inter alia, a measure of the proportion of Harmonics in the current drawn from the grid. The factor is allowed after the latest provisions, depending on their performance not lower in order to limit the harmonic load of the network.

Ein Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 0 32 376 A1 bekannt. Die DE 37 29 383 A1 offenbart ein Netzgerät zum Starten einer Gasentladungslampe, bei der eine Steuerschaltung die Schalter einer symmetrisch aufgebauten Halbbrücke und eine gesonderte Zündschaltung steuert. Aus der US 5 208 515 A ist eine Schutzschaltung für ein Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe bekannt, die ein Wiedereinschalten einer erloschenen Lampe für eine gewisse Zeit verhindert, wobei die Lampe nach einer genügenden Abkühlung selbsttätig wieder gestartet wird.A power supply for feeding a gas discharge lamp according to the preamble of claim 1 is known from EP 0 32 376 A1 known. The DE 37 29 383 A1 discloses a power supply for starting a gas discharge lamp, in which a control circuit controls the switches of a symmetrically constructed half-bridge and a separate ignition circuit. From the US 5,208,515 A a protection circuit for a power supply for supplying a gas discharge lamp is known, which prevents a reconnection of an extinguished lamp for a certain time, the lamp is automatically restarted after a sufficient cooling.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzgerät der beschriebenen Art so weiterzubilden, dass einerseits der Schaltungsaufwand verringert und andererseits ein höherer Powerfaktor und damit eine geringere Oberwellenbelastung des Netzes erreicht werden.Of the Invention is based on the object, a power supply of the described Refine the type so that on the one hand reduces the amount of circuitry and on the other hand a higher one Power factor and thus a lower harmonic load of the network be achieved.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by the invention defined in claim 1. advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Vorzugsweise ist der Ladekondensator am Ausgang des Netzgleichrichters so klein bemessen, z. B. 5 μF, dass an dem Ausgang eine im wesentlichen ungesiebte Halbwellenspannung gleichbleibender Polarität entsteht. Die die Reihenschaltung bildenden Kondensatoren am Ausgang des Schaltnetzteils sind demgegenüber groß bemessen, etwa 300–500 μF, und bilden den notwendigen Speicher. Die Lampe ist somit an beiden Enden symmetrisch angeschlossen, nämlich einmal an den Verbindungspunkt der beiden großen Kondensatoren und zum anderen an den Verbindungspunkt der beiden Schalttransistoren. Gegenüber einer bekannten Schaltung wird der Gesamtaufwand von fünf Transistoren, nämlich einem Schalttransistor für das Schaltnetzteil und vier Transistoren für die Brückenschaltung, verringert auf insgesamt nur drei Transistoren. Es hat sich gezeigt, dass durch diese vereinfachte Schaltung ein besonders hoher Powerfaktor, d. h. eine geringe Oberwellenbelastung des Netzes erreicht werden kann.Preferably the charging capacitor at the output of the mains rectifier is so small measured, z. 5 μF, that at the output a substantially unswept half-wave voltage constant polarity arises. The series forming capacitors at the output the switching power supply are in contrast large sized, about 300-500 uF, and form the necessary memory. The lamp is thus connected symmetrically at both ends, namely once at the junction of the two large capacitors and the other to the connection point of the two switching transistors. Opposite one known circuit, the total cost of five transistors, namely a Switching transistor for the switching power supply and four transistors for the bridge circuit, reduced to a total of only three transistors. It has been shown that through this simplified circuit has a particularly high power factor, i. H. a low harmonic load of the network can be achieved.

Gemäß der Erfindung werdender Schalttransistor des Schaltnetzteils, die Transistoren der Reihenschaltung und die Zündschaltung für die Röhre von einem Mikroprozessor gesteuert, der alle wichtigen Systemdaten erfasst. Durch eine derartige Prozessorsteuerung lässt sich zusätzlich folgendes erreichen.According to the invention expectant switching transistor of the switching power supply, the transistors the series circuit and the ignition circuit for the Tube of controlled by a microprocessor, which records all important system data. By such a processor control can be additionally following to reach.

Bestimmte Lampen wie z. B. eine Halogenmetalldampflampe haben folgende Eigenart: Wenn die Lampe ausgeschaltet und unmittelbar darauf wieder eingeschaltet wird, gibt es in der Regel keine Probleme. Indessen gibt es nach dem Ausschalten einen kritischen Zeitbereich, z. B. 30 s–5 min. nach dem Ausschalten. Wenn innerhalb dieses Zeitbereiches die Lampe neu gestartet wird, kann es zu einer Zerstörung des Zündgerätes oder auch der Lampe kommen. Der Mikroprozessor ist nun so ausgebildet, dass er die Zeit nach dem Ausschalten der Lampe mißt und während der genannten kritischen Zeit ein Wiedereinschalten der Lampe verhindert. Der Prozessor kann auch die Energie für den Startvorgang steuern und dem jeweiligen Zustand der Lampe anpassen. Die Startenergie ist z. B. abhängig von der jeweiligen Temperatur der Lampe und kann durch den Mikroprozessor der Temperatur oder anderen Parametern im Zeitpunkt des beabsichtigten Startvorganges angepasst werden. Der Mikroprozessor kann am Ende der Lampenlebendsdauer das Netzgerät gegen Zerstörung schützen. Dieses und die Abweichung von Sollbetriebswerten kann gemeldet oder angezeigt werden.Certain Lamps such. B. a metal halide lamp have the following characteristics: When the lamp is turned off and immediately turned on again there are usually no problems. Meanwhile, it gives way turning off a critical time range, e.g. B. 30 s-5 min. after switching off. If within this time range the lamp restarted, it may lead to destruction of the ignitor or the lamp. The microprocessor is now designed to time after time to turn off the lamp and while the critical time prevents the lamp from switching on again. The processor can also control the power for the boot process and the condition of the lamp. The starting energy is z. B. dependent from the respective temperature of the lamp and can be controlled by the microprocessor the temperature or other parameters at the time of intended Starting process to be adjusted. The microprocessor may end up the lamp life time protect the power supply against destruction. This and the deviation from desired operating values can be reported or displayed become.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert.The Invention will be explained below with reference to the drawing.

Darin zeigenIn this demonstrate

1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Netzgerät, 1 a power supply designed according to the invention,

2 ein Blockschaltbild eines Teils des Netzgerätes mit der Steuerung durch den Mikroprozessor und 2 a block diagram of a portion of the power supply with the control of the microprocessor and

3 ein weiteres Schaltbild für einen Teil der Schaltung gemäß 1. 3 another circuit diagram for a part of the circuit according to 1 ,

1 zeigt den von der Netzspannung UN gespeisten Netzgleichrichter 1, den Ladekondensator 2, die Drossel 3, den Schalttransistor 4, den Gleichrichter 5, die Kondensatoren 6, 7, die Gasentladungslampe 8, die Zündschaltung mit den Baugruppen 10 und 30, dem Tiefpasslampenfilter mit den Bauteilen 9, 11 und die Reihenschaltung der beiden Schalttranistoren 12, 13, die durch Kondensatoren 14, 15 überbrückt sind. 1 shows the mains rectifier powered by the mains voltage UN 1 , the charging capacitor 2 , the throttle 3 , the switching transistor 4 , the rectifier 5 , the capacitors 6 . 7 , the gas discharge lamp 8th , the ignition circuit with the construction groups 10 and 30 , the low-pass lamp filter with the components 9 . 11 and the series connection of the two switching transistors 12 . 13 passing through capacitors 14 . 15 are bridged.

Die Bauteile 3, 4, 5, 6, 7 bilden ein Schaltnetzteil. Der Schalttranistor 4 wird von dem Mikroprozessor 16 mit einer Schaltspannung Us1 von etwa 30 kHz periodisch leitend gesteuert und gesperrt. Der Prozessor 16 steuert mit den Schaltspannungen Us2 und Us3 die beiden Transistoren 12, 13 im Gegentakt leitend, so dass in der Lampe 8 ein Wechselstrom i erzeugt wird.The components 3 . 4 . 5 . 6 . 7 form a switching power supply. The switching transistor 4 is from the microprocessor 16 periodically conductively controlled and blocked with a switching voltage Us1 of about 30 kHz. The processor 16 controls with the switching voltages Us2 and Us3 the two transistors 12 . 13 in push-pull conducting, so that in the lamp 8th an alternating current i is generated.

In 2 liefert der Mikroprozessor 16 den Grundtakt C mit 500 Hz für die Steuerschaltung 17, die wie in 1 die als Schalter dargestellten Transistoren 12, 13 mit einer Frequenz von 50 kHz steuert. In der Stufe 18 erfolgt ein Vergleich zwischen dem Strom-Istwert Iist und dem Strom-Sollwert Isoll. Das Vergleichsergebnis liefert über den PI-Regler 19 und die Stufe 20 eine Rücksetzspannung für das Flipflop 21. Dessen Ausgangsspannung steuert den Generator 17 und über die PWM-modulierten Schaltspannungen Us2 und Us3 mit ca. 50 kHz die Einschaltdauer der Transistoren 12, 13, die komplementär im Grundtakt C ein- und ausgeschaltet werden. Die Schaltspannung Us am Verbindungspunkt der Schalter 12, 13 wird dem Komparator 28 zugeführt. Der Komparator 28 vergleicht die Schaltspannung Us jeweils mit einem festen Referenzwert, und zwar endweder mit Nullpotential oder mit dem Wert der Spannung UNDC am oberen Ende des Schalters 12. Der umgeschaltete Vergleichswert wird von dem Grundtakt C über die Leitung 29 bestimmt. Die Schaltung arbeitet mit zwei unterschiedlichen Frequenzen, einmal mit der Schaltfrequenz der Schalter 12, 13 von etwa 50 kHz und zum anderen mit dem sogenannten Grundtakt C von 500 Hz. Während einer Halbperiode des Grundtaktes taktet nur der Schalter 12 und während der anderen Halbeperiode nur der Schalter 13. Wenn der Schalter 12 taktet, wird die Schaltspannung Us mit der Spannung UNDC verglichen. Wenn der Schalter 13 taktet, wird die Schaltspannung Us mit Nullpotential verglichen. Dadurch wird erreicht, dass die Schalter 12, 13 jeweils nur dann eingeschaltet werden, wenn die Spannung an den Kondensatoren 14, 15 gleich null ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wäre, also die Schalter 12, 13 eingeschaltet werden, wenn an den Kondensatoren 14, 15 noch eine Spannung steht, würde die Verlustleistung der Schaltung ansteigen.In 2 delivers the microprocessor 16 the basic clock C at 500 Hz for the control circuit 17 that like in 1 the transistors shown as switches 12 . 13 with a frequency of 50 kHz controls. In the stage 18 a comparison is made between the current actual value Iact and the current nominal value Isoll. The comparison result is delivered via the PI controller 19 and the stage 20 a reset voltage for the flip-flop 21 , Its output voltage controls the generator 17 and about the PWM-modulated switching voltages Us2 and Us3 with about 50 kHz, the duty cycle of the transistors 12 . 13 , which are turned on and off in complementary terms in the basic clock C. The switching voltage Us at the connection point of the switches 12 . 13 becomes the comparator 28 fed. The comparator 28 compares the switching voltage Us in each case with a fixed reference value, either with zero potential or with the value of the voltage ANDC at the upper end of the switch 12 , The switched comparison value is from the basic clock C over the line 29 certainly. The circuit operates at two different frequencies, once with the switching frequency of the switches 12 . 13 of about 50 kHz and the other with the so-called basic clock C of 500 Hz. During a half-period of the basic clock only the switch clocks 12 and during the other half period only the switch 13 , When the switch 12 clocked, the switching voltage Us is compared with the voltage ANDC. When the switch 13 clocked, the switching voltage Us is compared with zero potential. This will ensure that the switches 12 . 13 only be turned on when the voltage across the capacitors 14 . 15 is equal to zero. If this condition were not met, so the switches 12 . 13 be turned on when connected to the capacitors 14 . 15 still a voltage, the power loss of the circuit would increase.

3 zeigt eine weitere Ausführung eines Teils der Schaltung gemäß 1. Die in 1 gesteuerten Schalttransistoren 12, 13 sind hier als FET's ausgebildet und je mit einer Diode 22, 23 in Reihe geschaltet. Zusätzlich sind noch zwei sogenannte Freilaufdioden 24, 25 vorgesehen. Die Kondensatoren 14, 15 haben eine Kapazität von etwa 2,2 nF. Die Drossel 11 hat eine Induktivität von etwa 200 μH. Die Kondensatoren 6, 7 sind jeweils durch die Parallelschaltung von zwei gleichen Kondensatoren mit je 330 μF gebildet. Der parallel zur Lampe 8 liegende Kondensator 9 hat eine Kapazität von etwa 1 μF. Die zur Messung des durch die Lampe 8 fließenden Wechselstromes i dienenden Meßwiderstände 26, 27 haben je einen Wert von etwa 0,1 Ohm. Diese Widerstände liefern Spannungen als Maß für den Istwert des Stromes i durch die Lampe 8, der in 2 der Stufe 18 zugeführt wird. 3 shows a further embodiment of a part of the circuit according to 1 , In the 1 controlled switching transistors 12 . 13 are here designed as FET's and each with a diode 22 . 23 connected in series. In addition, there are two so-called freewheeling diodes 24 . 25 intended. The capacitors 14 . 15 have a capacity of about 2.2 nF. The throttle 11 has an inductance of about 200 μH. The capacitors 6 . 7 are each formed by the parallel connection of two identical capacitors with 330 μF each. The parallel to the lamp 8th lying capacitor 9 has a capacity of about 1 μF. The measurement of the through the lamp 8th flowing alternating current i measuring resistors 26 . 27 each have a value of about 0.1 ohms. These resistors provide voltages as a measure of the actual value of the current i through the lamp 8th who in 2 the stage 18 is supplied.

Claims (5)

Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe, bei dem die Gasentladungslampe über periodisch betätigte Schalter an eine Gleichspannung angeschlossen ist, die über einen Netzgleichrichter (1) aus der Netzspannung gewonnen und mittels eines Schaltnetzteils (2–5) umgeformt ist, an dessen Ausgang die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren (6, 7) und die Reihenschaltung von zwei Schalttransistoren (12, 13) angeschlossen sind, und wobei die Gasentladungslampe (8) an die Mittelpunkte (c, d) der beiden Reihenschaltungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet dass das Schaltnetzteil, die beiden Schalttransistoren (12, 13) und eine Zündschaltung, die eine Zündenergie zum Zünden der Gasentladungslampe (8) abgibt, von einem Mikroprozessor (16) gesteuert sind, der die Zündenergie in Abhängigkeit vom Zustand der Gasentladungslampe (8) steuert, und der bewirkt, dass während einer kritischen Zeit nach dem Abschalten der Gasentladungslampe (8) ein Wiedereinschalten verhindert ist.Power supply unit for feeding a gas discharge lamp, in which the gas discharge lamp is connected via periodically actuated switches to a DC voltage which is supplied via a mains rectifier ( 1 ) recovered from the mains voltage and by means of a switching power supply ( 2 - 5 ) is formed at the output, the series connection of two capacitors ( 6 . 7 ) and the series connection of two switching transistors ( 12 . 13 ) and the gas discharge lamp ( 8th ) is connected to the centers (c, d) of the two series circuits, characterized in that the switching power supply, the two switching transistors ( 12 . 13 ) and an ignition circuit which has an ignition energy for igniting the gas discharge lamp ( 8th ), from a microprocessor ( 16 ), which controls the ignition energy as a function of the state of the gas discharge lamp ( 8th ) and which causes, during a critical time after switching off the gas discharge lamp ( 8th ) a restart is prevented. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladekondensator (2) am Ausgang des Netzgleichrichters (1) so klein bemessen ist, dass die an ihm stehende Spannung eine im wesentlichen ungesiebte Halbwellenspannung gleichbleibender Polarität ist.Power supply unit according to claim 1, characterized in that a charging capacitor ( 2 ) at the output of the mains rectifier ( 1 ) is dimensioned so small that the voltage standing on it is a substantially unswept half-wave voltage of constant polarity. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang des Netzgleichrichters (1) die Reihenschaltung einer Drossel (3) und eines periodisch leitend gesteuerten Schalttransistors (4) angeschlossen und der Verbindungspunkt der Reihenschaltung über einen Gleichrichter (5) an ein Ende der Reihenschaltung der Kondensatoren (6, 7) angeschlossen ist.Power supply unit according to claim 1, characterized in that to the output of the mains rectifier ( 1 ) the series connection of a throttle ( 3 ) and a periodically conductively controlled switching transistor ( 4 ) and the connection point of the series connection via a rectifier ( 5 ) to one end of the series connection of the capacitors ( 6 . 7 ) connected. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Schalttransistoren (12, 13) Kondensatoren (14, 15) parallel geschaltet sind.Power supply unit according to claim 1, characterized in that the two switching transistors ( 12 . 13 ) Capacitors ( 14 . 15 ) are connected in parallel. Netzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalttransistoren (12, 13) und die parallel geschalteten Kondensatoren (14, 15) durch entsprechende Steuerung in einem weitestgehend schaltverlustlosen Resonanzbetrieb, dem sogenannten ZVS (Zero Voltage System)-Mode betrieben werden.Power supply according to claim 4, characterized in that the two switching transistors ( 12 . 13 ) and the parallel-connected capacitors ( 14 . 15 ) by appropriate control in a largely zero switching loss resonance mode, the like ZVS (Zero Voltage System) mode are operated.
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