EP1202613B1 - Betriebsgerät für mindestens eine elektrische Lampe mit Steuereingang und Betriebsverfahren für elektrische Lampen an einem derartigen Betriebsgerät - Google Patents

Betriebsgerät für mindestens eine elektrische Lampe mit Steuereingang und Betriebsverfahren für elektrische Lampen an einem derartigen Betriebsgerät Download PDF

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EP1202613B1
EP1202613B1 EP01123437A EP01123437A EP1202613B1 EP 1202613 B1 EP1202613 B1 EP 1202613B1 EP 01123437 A EP01123437 A EP 01123437A EP 01123437 A EP01123437 A EP 01123437A EP 1202613 B1 EP1202613 B1 EP 1202613B1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
transformer
sample
control input
electric
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01123437A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1202613A2 (de
EP1202613A3 (de
Inventor
Andreas Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations

Definitions

  • the invention relates to an operating device for operating at least one electric lamp according to the preamble of patent claim 1 and an operating method for at least one electric lamp according to the preamble of patent claim 7.
  • dimmable electronic ballasts are available for the operation of electric lamps, which enable a dimming operation, that is, a brightness control of the lamps connected thereto, in particular fluorescent lamps or halogen incandescent lamps.
  • These dimmable operating devices have a control input, which can be acted upon by a voltage serving as a setpoint for the brightness control.
  • the control input is designed as a 1-10V interface.
  • a dimming potentiometer is connected to this control input in order to set the brightness of the lamps operated on the operating device to the desired value.
  • a voltage between 1V and 10V is generated at the control input, which represents the desired value for the desired brightness setting.
  • this voltage is transmitted to an evaluation device in the operating device.
  • the transformer also provides a galvanic isolation between the control input and the evaluation device in the operating device.
  • the evaluation device generates with the aid of a peak value rectifier a signal corresponding to the setting on the dimming potentiometer for controlling the lamp current or the power consumption of the lamp or for controlling the output power of the operating device.
  • the properties of the transformer exert a great influence on the voltage transmitted to the evaluation device.
  • a high stray inductance of the transformer causes disturbing voltage pulses on the transmitted voltage, which are interpreted by the evaluation device as a control variable. Therefore, so far specially trained toroidal transformers have been used, which had a low leakage inductance, and also the evaluation device was preceded by a low-pass filter in the operating device for reducing voltage spikes.
  • U.S. Patent US-A-6 127 788 shows a circuit having a sample and hold circuit for suppressing voltage spikes.
  • the operating device for operating at least one electric lamp has a control input, which can be acted upon by a voltage serving as a setpoint for the control of an operating parameter of the at least one electric lamp and has a transformer, which impressed for the transmission of the control input, as a setpoint for the Controlling an operating parameter of the at least one electric lamp serving electrical voltage to an evaluation device is provided, and an oscillator for exciting the transformer with a temporally periodically changing electrical Tension.
  • the evaluation device has a sample-and-hold member.
  • means for equalizing the frequencies of the sequence signal of the sample-and-hold member and the time-periodically changing electrical voltage and for producing a temporally constant phase shift between the sequence signal of the sample-and-hold member and the temporally periodically changing electrical Voltage provided to block voltage spikes on the voltage transmitted by the transformer.
  • the sample-and-hold element is advantageously designed as part of an analog-to-digital converter in order to generate a digital control signal for a microcontroller or an integrated circuit, which serves to regulate the operating device.
  • the serving as a transformer transformer advantageously has a first winding, which is connected to the control input, and at least one second winding, which is connected to the evaluation device and is magnetically coupled to the at least one first winding. This ensures galvanic isolation between the control input and the evaluation device.
  • an AND gate is used as an apparatus for frequency equalization of the sequence signal to the temporally periodically changing electrical voltage and for producing the constant time shift.
  • an AND gate is used as an apparatus for frequency equalization of the sequence signal to the temporally periodically changing electrical voltage and for producing the constant time shift.
  • the output voltage of the sample-and-hold element is advantageously used to control the operating parameter of the at least one electric lamp or previously converted by means of an analog-to-digital converter into a digital signal.
  • the operating device has two mains voltage connections 1, 2 and a downstream DC voltage supply 3 for a half-bridge inverter 4.
  • the DC voltage supply 3 usually contains a radio interference filter and a rectifier for the AC line voltage. In addition, it may also have a harmonic filter to ensure the most sinusoidal power drain.
  • the half-bridge inverter 4 comprises two alternating-switching transistors 5, 6, two coupling capacitors 7, 8 and designed as a series resonant half bridge branch, which contains the choke 9, the capacitor 10 and the fluorescent lamp 11, wherein the discharge path of the fluorescent lamp 11 is connected in parallel to the capacitor 10 ,
  • the half-bridge inverter need not necessarily be formed as a symmetrical half-bridge inverter 4 with two coupling capacitors 7, 8, but may instead have only one coupling capacitor and thus be designed as a single-ended half-bridge inverter.
  • the transistors 5, 6 of the half-bridge inverter 4, which are preferably field-effect transistors, are controlled by a microcontroller 12.
  • the microcontroller 12 generates pulse width modulated signals which determine the switching clock of the transistors 5, 6 and thereby enable a power control or brightness control of the fluorescent lamp 11.
  • the pulse width modulated signals for the transistors 5, 6 are generated by the microcontroller 12 in response to the voltage applied to the terminals 13, 14 of the control input DC voltage.
  • the control input 13, 14 can be impressed with a DC voltage with values between 1 V and 10 V. By the value of the control input 13, 14 impressed DC voltage, a desired value for the desired power or brightness of the fluorescent lamp 11 is determined.
  • a dimming potentiometer (not shown), which is connected to the terminals 13, 14, serves to generate and specify a value of this DC voltage.
  • the voltage impressed on the control input 13, 14 is transmitted to an evaluation device 16.
  • the primary winding 15a of the transformer 15 is connected via a rectifier diode 17 to the control input 13, 14, while the secondary winding 15b is connected to the voltage input of the evaluation device 16.
  • substantially rectangular voltage is generated by means of an oscillator 19 and a frequency divider 21 and applied via a voltage divider resistor 20 to the secondary winding 15b.
  • the evaluation device 16 therefore detects at its connected to the secondary winding 15b voltage input, a substantially rectangular voltage whose amplitude determined by the control input 13, 14 impressed DC voltage is.
  • the evaluation device 16 provides at its connected to the microcontroller 12 voltage output, a corresponding signal for the microcontroller 12 for power or brightness control of the fluorescent lamp 11 ready.
  • the evaluation device 16 has a sample-and-hold element 22, which is formed as part of an analog-to-digital converter 23, and an AND gate 24. With the aid of the sample-and-hold element 22 and the AND gate 24, the voltage peaks caused by the stray inductance of the transformer 15 are masked out on the rising edge of the rectangular voltage of the secondary winding 15b. Below, this fact will be explained in more detail with reference to FIG 2.
  • the curve A in FIG. 2 shows the time profile of the rectangular voltage U which is used to excite the transformer 15.
  • This rectangular voltage is generated by means of the oscillator 19 and the frequency divider 21, which causes a frequency bisection, and applied via the resistor 20 to the secondary winding 15b.
  • this time-periodically changing, exciting voltage is required in order to enable transmission of the DC voltage impressed to the control input 13, 14 by the transformer 15.
  • Curve B in FIG. 2 shows the time profile of the voltage U applied to the secondary winding 15b and detected by the voltage input of the evaluation circuit 16.
  • This voltage applied to the secondary winding 15b has the periodicity of the exciting voltage (curve A).
  • Their amplitude - that is, the height of the rectangular pulses - but is determined by the value of the control input 13, 14 impressed DC voltage.
  • the rising edge and the falling edge of the square-wave voltage at the secondary winding 15b (curve B) are superposed by disturbing voltage pulses due to the stray inductance of the transfomator 15.
  • the sample-and-hold member 22 With the help of the sample-and-hold member 22, the disturbing voltage pulses are hidden.
  • the duration and the beginning of the sequence signal (also called sample signal) of the sample-and-hold element 22 are adapted to the voltage at the secondary winding 15b.
  • the curve C in Figure 2 shows the time course of the sequence signal of the sample-and-hold element 22.
  • the duration of the sequence signal (curve C) is exactly half as long as a rectangular pulse of the voltage (curve B) at the secondary winding 15b and the sequence signal is synchronous with the second half of the rectangular pulses of the voltage across the secondary winding 15b.
  • This tuning of the sequence signal to the voltage at the secondary winding 15b is performed by means of the JK flip-flop formed frequency divider 21, the AND gate 24 and the oscillator 19.
  • the oscillator 19 generates both the voltage exciting the transformer 15 (curve A) and the sequence signal (curve C).
  • the square-wave voltage generated by the oscillator 19 is supplied on the one hand to the first voltage input of the AND gate 24 and on the other hand fed to the voltage input of the frequency divider 21, which causes a frequency bisection of the square-wave voltage supplied to it.
  • the frequency-divided rectangular voltage applied to the voltage output of the frequency divider 21 is, on the one hand, supplied to the second voltage input of the AND gate 24 and, on the other hand, applied to the secondary winding 15b via the voltage divider resistor 20 in order to excite the transformer 15.
  • the output voltage of the AND gate 24 is supplied to the sample-and-hold element 22 as a sequence signal (curve C) or is used to control the sequence and hold signal (also called Sample & Hold signal) of the sample and hold -Gliedes 22 used.
  • the sequence signal of the sample-and-hold element 22 (curve C) is therefore synchronous with the second half of the rectangular pulse of the exciting voltage (curve A) and thus also synchronously with the second half of the voltage pulse of the voltage applied to the secondary winding 15b (curve B).
  • the curve D in FIG. 2 shows the time profile of the output voltage U of the sample-and-hold element 22, which is converted by the analog-to-digital converter 23 into a digital signal for the microcontroller 12 for the pulse-width-modulated control of the transistors 5, 6.
  • the output voltage of the sample-and-hold element 22 is a DC voltage whose value depends only on the DC input voltage impressed on the control input 13, 14. Due to the losses in the sample-and-hold member 22, the output voltage of the sample-and-hold member 22 (curve D) has a ribbed structure.
  • the oscillator 19 is identical to the half-bridge inverter 4 in the preferred embodiment.
  • the square-wave voltage (curve A) and the sequence signal (curve C) of the sample-and-hold element 22 are triggered by capacitive coupling at the center tap between the half-bridge inverter transistors 5, 6 or or at the center tap between the coupling capacitors 7, 8 generates.
  • the sample-and-hold element 22, the analog-to-digital converter 23 and the AND gate 24 are preferably formed as part of the microcontroller 12.
  • control input (13, 14) need not necessarily be designed as an analog control input, which can be acted upon by a DC voltage.
  • control input can also be designed as a digital control input, which can be acted upon by digital signals for specifying a desired value for the brightness control of the at least one lamp.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Betriebsverfahren für mindestens eine elektrische Lampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
    • I. Technisches Gebiet
  • Im Handel sind Betriebsgeräte, sogenannte dimmbare EVGs, für den Betrieb von elektrischen Lampen erhältlich, die einen Dimmbetrieb, das heißt, eine Helligkeits-steuerung der daran angeschlossenen Lampen, insbesondere Leuchtstofflampen oder Halogenglühlampen, ermöglichen. Diese dimmbaren Betriebsgeräte besitzen einen Steuereingang, der mit einer als Sollwert für die Helligkeitssteuerung dienenden Spannung beaufschlagbar ist. Üblicherweise ist der Steuereingang als 1-10V-Schnittstelle ausgebildet. Im einfachsten Fall wird an diesen Steuereingang ein Dimmpotentiometer angeschlossen, um die Helligkeit der an dem Betriebsgerät betriebenen Lampen auf den gewünschten Wert einzustellen. Mit Hilfe des Dimmpotentiometers und mit Hilfe eines mit einer zeitlich periodisch veränderlichen Spannung angeregten Transformators wird am Steuereingang eine Spannung mit einem Wert zwischen 1V und 10V erzeugt, die den Sollwert für die gewünschte Helligkeitseinstellung repräsentiert. Mittels des Transformators wird diese Spannung an eine Auswertungsvorrichtung im Betriebsgerät übertragen. Außerdem bewirkt der Transformator auch eine galvanische Trennung zwischen dem Steuereingang und der Auswertungsvorrichtung im Betriebsgerät. Die Auswertungsvorrichtung generiert mit Hilfe eines Spitzenwertgleichrichters ein der Einstellung am Dimmpotentiometer entsprechendes Signal für die Steuerung des Lampenstroms oder der Leistungsaufnahme der Lampe oder für die Steuerung der Ausgangsleistung des Betriebsgerätes.
  • Die Eigenschaften des Transformators, insbesondere seine Streuinduktivität, üben einen großen Einfluß auf die an die Auswertungsvorrichtung übertragene Spannung aus. Eine hohe Streuinduktivität des Transformators verursacht auf der übertragenen Spannung störende Spannungsimpulse, die von der Auswertungsvorrichtung als Steuergröße interpretiert werden. Daher wurden bisher speziell ausgebildete Ringkern-Transformatoren verwendet, die eine geringe Streuinduktivität aufwiesen, und außerdem wurde der Auswertungsvorrichtung im Betriebsgerät ein Tiefpassfilter zur Reduktion von Spannungsspitzen vorgeschaltet.
  • Darüberhinaus zeigt die US-Patentschrift US-A-6 127 788 ein Schaltung mit einem Abtast-/Halteglied zur Unterdrückung von Spannungsspitzen.
    • II. Darstellung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Betriebsgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe bereitzustellen, das eine verbesserte Auswertungsvorrichtung zur Auswertung der am Steuereingang anliegenden und vom Transformator übertragenen Spannung besitzt. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe an einem Betriebsgerät für elektrische Lampen, das einen Steuereingang zur Vorgabe einer als Sollwert für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe dienenden elektrischen Spannung besitzt, bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. des unabhängigen Patentanspruchs 7 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Betriebsgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe besitzt einen Steuereingang, der mit einer als Sollwert für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe dienenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist und weist einen Transformator, der zur Übertragung der dem Steuereingang eingeprägten, als Sollwert für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe dienenden elektrischen Spannung an eine Auswertungsvorrichtung vorgesehen ist, sowie einen Oszillator zur Anregung des Transformators mit einer sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung auf. Erfindungsgemäß besitzt die Auswertungsvorrichtung ein Abtast-Halte-Glied. Außerdem sind Mittel zur Angleichung der Frequenzen des Folgen-Signals des Abtast-Halte-Gliedes und der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung sowie zur Herstellung einer zeitlich konstanten Phasenverschiebung zwischen dem Folgen-Signal des Abtast-Halte-Gliedes und der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung vorgesehen, um Spannungsspitzen auf der vom Transformator übertragenen Spannung auszublenden. Durch diese Maßnahmen können kostengünstige Transformatoren mit vergleichsweise hoher Streuinduktivität als Übertrager im Betriebsgerät verwendet werden. Außerdem kann auf ein Tiefpaßfilter und einen Spitzenwertgleichrichter zur Auswertung der vom Transformator übertragenen Spannung verzichtet werden.
  • Das Abtast-Halte-Glied ist vorteilhafterweise als Bestandteil eines Analog-Digital-Wandlers ausgebildet, um ein digitales Steuersignal für einen Mikrocontroller oder einen Integrierten Schaltkreis, der zur Regelung des Betriebsgerätes dient, zu generieren. Der als Übertrager dienende Transformator weist vorteilhafterweise eine erste Wicklung, die mit dem Steuereingang verbunden ist, und mindestens eine zweite Wicklung auf, die mit der Auswertungsvorrichtung verbunden ist und magnetisch an die mindestens eine erste Wicklung gekoppelt ist. Dadurch wird eine galvanische Trennung zwischen dem Steuereingang und der Auswertungsvorrichtung gewährleistet.
  • Die Mittel zur Angleichung der Frequenzen des Folgen-Signals des Abtast-Halte-Gliedes und der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung sowie zur Herstellung einer konstanten Zeitverschiebung zwischen dem Folgen-Signal des Abtast-Halte-Gliedes und der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung umfassen
    • einen Oszillator zur Erzeugung des Folgen-Signals,
    • einen Frequenzteiler zur Frequenzhalbierung des sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung, sowie
    • eine Vorrichtung zur Frequenzangleichung des Folgen-Signals an die sich zeitlich periodisch ändernde elektrische Spannung und zur Herstellung der konstanten Zeitverschiebung.
  • Als Vorrichtung zur Frequenzangleichung des Folgen-Signals an die sich zeitlich periodisch ändernde elektrische Spannung und zur Herstellung der konstanten Zeitverschiebung wird vorteilhafterweise ein UND-Gatter verwendet. Auf diese Weise lassen sich kostengünstig und mit einfachen Mitteln etwaige Spannungsspitzen auf der vom Transformator übertragenen Spannung ausblenden.
  • Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Spannung am Transformator zur Auswertung einem Abtast-Halte-Glied zugeführt wird, um Spannungsspitzen auf der Spannung des Transformators mit Hilfe des Abtast-Halte-Gliedes auszublenden. Vorteilhafterweise werden zur Auswertung der Spannung am Transformator die Frequenzen der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung und des Folgen-Signals des Abtast-Halte-Gliedes angeglichen und das Folgen-Signal des Abtast-Halte-Gliedes wird gegenüber der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung um eine konstante Zeitspanne verzögert. Durch diese Maßnahme wird das Folgen-Signal des Abtast-Halte-Gliedes mit dem störungsfrei übertragenen Teil der am Transformator anliegenden Spannung synchronisiert. Ein besonders einfaches und kostengünstiges Betriebsverfahren ist im Anspruch 7 offenbart. Demzufolge werden zur Auswertung der Spannung am Transformator folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
    • Generieren des Folgen-Signals und der sich zeitlich periodisch veränderliche elektrische Spannung mittels eines Oszillators,
    • Halbieren der Frequenz der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung mittels eines Frequenzteilers,
    • Anpassen der Frequenz des Folgen-Signals an die Frequenz der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung und Generieren einer konstanten Zeitverschiebung zwischen dem Folgen-Signal und der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung,
    • Beaufschlagen des Transformators mit der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung,
    • Übertragen der Spannung am Transformator als Eingangsspannung an das Abtast-Halte-Glied.
  • Die Ausgangsspannung des Abtast-Halte-Gliedes wird vorteilhafterweise zur Steuerung des Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe verwendet oder zuvor mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein digitales Signal überführt.
    • III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    Eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes
    Figur 2
    Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der anregenden Spannung, der Spannung am Transformator, des Folgen-Signals (Sample-Hold) und der Ausgangsspannung des Abtast-Halte-Gliedes
  • Bei dem in Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um ein dimmbares Betriebsgerät für eine Leuchtstofflampe. Das Betriebsgerät besitzt zwei Netzspannungsanschlüsse 1, 2 und eine nachgeschaltete Gleichspannungsversorgung 3 für einen Halbbrückenwechselrichter 4. Die Gleichspannungsversorgung 3 enthält üblicherweise ein Funkentstörfilter und einen Gleichrichter für die Netzwechselspannung. Außerdem kann sie auch ein Oberwellenfilter aufweisen, um eine möglichst sinusförmige Netzstromentnahme zu gewährleisten. Der Halbbrückenwechselrichter 4 umfaßt zwei alternierend schaltende Transistoren 5, 6, zwei Koppelkondensatoren 7, 8 und einen als Serienresonanzkreis ausgebildeten Halbbrückenzweig, der die Drossel 9, den Kondensator 10 und die Leuchtstofflampe 11 enthält, wobei die Entladungsstrecke der Leuchtstofflampe 11 parallel zum Kondensator 10 geschaltet ist. Der Halbbrückenwechselrichter muß nicht unbedingt als symmetrischer Halbbrückenwechselrichter 4 mit zwei Koppelkondensatoren 7, 8 ausgebildet sein, sondern kann stattdessen auch nur einen Koppelkondensator aufweisen und somit als unsymmetrischer Halbbrückenwechselrichter ausgebildet sein. Die Transistoren 5, 6 des Halbbrückenwechselrichters 4, bei denen es sich vorzugsweise um Feldeffekttransistoren handelt, werden von einem Mikrocontroller 12 gesteuert. Der Mikrocontroller 12 generiert pulsweitenmodulierte Signale, die den Schalttakt der Transistoren 5, 6 bestimmen und dadurch eine Leistungsregelung beziehungsweise Helligkeitsregelung der Leuchtstofflampe 11 ermöglichen. Die pulsweitenmodulierten Signale für die Transistoren 5, 6 werden vom Mikrocontroller 12 in Abhängigkeit von der an den Anschlüssen 13, 14 des Steuereingangs anliegenden Gleichspannung generiert. Dem Steuereingang 13, 14 kann eine Gleichspannung mit Werten zwischen 1 V und 10 V eingeprägt werden. Durch den Wert der dem Steuereingang 13, 14 eingeprägten Gleichspannung wird ein Sollwert für die gewünschte Leistung beziehungsweise Helligkeit der Leuchtstofflampe 11 bestimmt. Zur Erzeugung und Vorgabe eines Wertes dieser Gleichspannung dient im einfachsten Fall ein Dimmpotentiometer (nicht abgebildet), das an die Anschlüsse 13, 14 angeschlossen ist.
  • Mittels eines Transformators 15 wird die dem Steuereingang 13, 14 eingeprägte Spannung an eine Auswertungsvorrichtung 16 übertragen. Zu diesem Zweck ist die Primärwicklung 15a des Transformators 15 über eine Gleichrichterdiode 17 mit dem Steuereingang 13, 14 verbunden, während die Sekundärwicklung 15b an den Spannungseingang der Auswertungsvorrichtung 16 angeschlossen ist. Zwischen der Primär- 15a und der Sekundärwicklung 15b des Transformator 15 besteht eine magnetische Kopplung. Parallel zu dem Steuereingang 13, 14 und zu der Primärwicklung 15a ist ein Eingangskondensator 18 geschaltet. Damit der Transformator 15 die dem Steuereingang 13, 14 eingeprägte Gleichspannung an die Auswertungsvorrichtung 16 übertragen kann, wird der Transformator 15 mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Spannung angeregt. Diese, im wesentlichen rechteckförmige Spannung wird mittels eines Oszillators 19 und eines Frequenzteilers 21 erzeugt und über einen Spannungsteilerwiderstand 20 an die Sekundärwicklung 15b angelegt. Die Auswertungsvorrichtung 16 detektiert daher an ihrem mit der Sekundärwicklung 15b verbundenen Spannungseingang eine im wesentlichen rechteckförmige Spannung, deren Amplitude durch die dem Steuereingang 13, 14 eingeprägte Gleichspannung bestimmt ist. Die Auswertungsvorrichtung 16 stellt an ihrem mit dem Mikrocontroller 12 verbundenen Spannungsausgang ein entsprechendes Signal für den Mikrocontroller 12 zur Leistungs- bzw. Helligkeitssteuerung der Leuchtstofflampe 11 bereit.
  • Die Auswertungsvorrichtung 16 weist ein Abtast-Halte-Glied 22, das als Bestandteil eines Analog-Digital-Wandlers 23 ausgebildet ist, und ein UND-Gatter 24 auf. Mit Hilfe des Abtast-Halte-Gliedes 22 und des UND-Gatters 24 werden die von der Streuinduktivität des Transformators 15 verursachten Spannungspitzen auf der ansteigenden Flanke der rechteckförmigen Spannung der Sekundärwicklung 15b ausgeblendet. Nachstehend wird dieser Sachverhalt anhand der Figur 2 näher erläutert.
  • Die Kurve A in Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der rechteckförmigen Spannung U, die zur Anregung des Transformators 15 verwendet wird. Diese rechteckförmige Spannung wird mittels des Oszillators 19 und des Frequenzteilers 21, der eine Frequenzhalbierung bewirkt, generiert und über den Widerstand 20 an die Sekundärwicklung 15b angelegt. Wie bereits oben erwähnt wurde, wird diese sich zeitlich periodisch ändernde, anregende Spannung benötigt, um eine Übertragung der dem Steuereingang 13, 14 eingeprägten Gleichspannung durch den Transformator 15 zu ermöglichen.
  • Die Kurve B in Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der an der Sekundärwicklung 15b anliegenden und von dem Spannungseingang der Auswertungsschaltung 16 detektierten Spannung U. Diese an der Sekundärwicklung 15b anliegende Spannung besitzt die Periodizität der anregenden Spannung (Kurve A). Ihre Amplitude - das heißt, die Höhe der Rechteckimpulse - ist aber durch den Wert der dem Steuereingang 13, 14 eingeprägten Gleichspannung bestimmt. Allerdings sind die ansteigende und die abfallende Flanke der Rechteckspannung an der Sekundärwicklung 15b (Kurve B) aufgrund der Streuinduktivität des Transfomators 15 von störenden Spannungsimpulsen überlagert. Mit Hilfe des Abtast-Halte-Gliedes 22 werden die störende Spannungsimpulse ausgeblendet. Zu diesem Zweck werden die Dauer und der Beginn des Folgen-Signals (auch Sample-Signal genannt) des Abtast-Halte-Gliedes 22 an die Spannung an der Sekundärwicklung 15b angepasst.
  • Die Kurve C in Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Folgen-Signals des Abtast-Halte-Gliedes 22. Die Dauer des Folgen-Signals (Kurve C) ist exakt halb so lang wie ein Rechteckimpuls der Spannung (Kurve B) an der Sekundärwicklung 15b und das Folgen-Signal ist synchron mit der zweiten Hälfte der Rechteckimpulse der Spannung an der Sekundärwicklung 15b. Dadurch werden die störenden Spannungsimpulse auf der ansteigenden und abfallende Flanke der Rechteckspannung ausgeblendet. Diese Abstimmung des Folgen-Signals auf die Spannung an der Sekundärwicklung 15b wird mit Hilfe des als JK-Flip-Flop ausgebildeten Frequenzteilers 21, des UND-Gatters 24 und des Oszillators 19 durchgeführt. Der Oszillator 19 generiert sowohl die den Transformator 15 anregende Spannung (Kurve A) als auch das Folgen-Signal (Kurve C). Die vom Oszillator 19 generierte Rechteckspannung wird einerseits dem ersten Spannungseingang des UND-Gatters 24 zugeführt und andererseits dem Spannungseingang des Frequenzteilers 21 zugeleitet, der eine Frequenzhalbierung der ihm zugeleiteten Rechteckspannung bewirkt. Die am Spannungsausgang des Frequenzteilers 21 anliegende, frequenzhalbierte Rechteckspannung wird einerseits dem zweiten Spannungseingang des UND-Gatters 24 zugeführt und andererseits über den Spannungsteilerwiderstand 20 an die Sekundärwicklung 15b angelegt, um den Transformator 15 anzuregen. Die Ausgangsspannung des UND-Gatters 24 wird dem Abtast-Halte-Glied 22 als Folgen-Signal (Kurve C) zugeführt bzw. wird zur Steuerung des Folgen- und Halte-Signals (auch Sample- & Hold-Signal genannt) des Abtast-Halte-Gliedes 22 verwendet. Das Folgen-Signal des Abtast-Halte-Gliedes 22 (Kurve C) ist daher synchron zur zweiten Hälfte des Rechteckimpulses der anregenden Spannung (Kurve A) und damit auch synchron zur zweiten Hälfte des Spannungsimpulses der an der Sekundärwicklung 15b anliegenden Spannung (Kurve B).
  • Die Kurve D in Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung U des Abtast-Halte-Gliedes 22, die von dem Analog-Digital-Wandler 23 in ein digitales Signal für den Mikrocontrollers 12 zur pulsweitenmodulierten Steuerung der Transistoren 5, 6 umgewandelt wird. Im Idealfall ist die Ausgangsspannung des Abtast-Halte-Gliedes 22 eine Gleichspannung, deren Wert nur von der dem Steuereingang 13, 14 eingeprägten Gleichspannung abhängt. Aufgrund der Verluste in dem Abtast-Halte-Glied 22 weist die Ausgangsspannung des Abtast-Halte-Gliedes 22 (Kurve D) eine gerippte Struktur auf.
  • Der Oszillator 19 ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel identisch mit dem Halbbrückenwechselrichter 4. Die den Transformator 15 anregende Rechteckspannung (Kurve A) und das Folgen-Signal (Kurve C) des Abtast-Halte-Gliedes 22 werden durch kapazitive Auskopplung am Mittenabgriff zwischen den Halbbrückenwechselrichter-Transistoren 5, 6 oder oder am Mittenabgriff zwischen den Koppelkondensatoren 7, 8 erzeugt.
  • Das Abtast-Halte-Glied 22, der Analog-Digital-Wandler 23 und das UND-Gatter 24 sind vorzugsweise als Bestandteil des Mikrocontrollers 12 ausgebildet.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise muß der Steuereingang (13, 14) nicht unbedingt als analoger Steuereingang, der mit einer Gleichspannung beaufschlagbar ist, ausgebildet sein. Stattdessen kann der Steuereingang auch als digitaler Steuereingang ausgebildet sein, der mit digitalen Signalen zur Vorgabe eines Sollwertes für die Helligkeitssteuerung der mindestens einen Lampe beaufschlagbar ist.

Claims (10)

  1. Betriebsgerät zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe, wobei das Betriebsgerät
    - einen Steuereingang (13, 14) besitzt, der mit einer als Sollwert für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe (11) dienenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist,
    - einen Transformator (15) aufweist, der zur Übertragung der dem Steuereingang (13, 14) eingeprägten, als Sollwert für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe (11) dienenden elektrischen Spannung an eine Auswertungsvorrichtung (16) vorgesehen ist,
    - einen Oszillator (19) zur Anregung des Transformators (15) mit einer sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsvorrichtung (16) ein Abtast-Halte-Glied (22) aufweist und Mittel (19, 21, 24) zur Angleichung der Frequenzen des Folgen-Signals des Abtast-Halte-Gliedes (22) und der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung sowie zur Herstellung einer zeitlich konstanten Phasenverschiebung zwischen dem Folgen-Signal des Abtast-Haltegliedes (22) und der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung vorgesehen sind, um Spannungsspitzen auf der vom Transformator (15) übertragenen Spannung auszublenden, wobei diese Mittel den Oszillator (19) zur Erzeugung des Folgen-Signals des Abtast-Halte-Gliedes (22) und einen Frequenzteiler (21) zur Frequenzhalbierung der sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Spannung sowie eine Vorrichtung (24) zur Frequenzangleichung des Folgen-Signals an die sich zeitlich periodisch ändernde Spannung und zur Herstellung der konstanten Zeitverschiebung umfassen.
  2. Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (15) mindestens eine erste Wicklung (15a) aufweist, die mit dem Steuereingang (13, 14) verbunden ist, und mindestens eine zweite Wicklung (15b) besitzt, die mit der Auswertungsvorrichtung (16) verbunden ist und magnetisch an die mindestens eine erste Wicklung (15a) gekoppelt ist.
  3. Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsvorrichtung (16) einen Analog-Digital-Wandler (23) besitzt und das Abtast-Halte-Glied (22) als Bestandteil des Analog-Digital-Wandlers (23) ausgebildet ist.
  4. Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang (13, 14) als analoger Steuereingang ausgebildet ist, der mit einer Gleichspannung beaufschlagbar ist.
  5. Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang als digitaler Steuereingang ausgebildet ist, der mit digitalen Signalen beaufschlagbar ist.
  6. Verfahren zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe an einem Betriebsgerät für elektrische Lampen, das einen Steuereingang (13, 14) zur Vorgabe einer als Sollwert für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe (11) dienenden elektrischen Spannung besitzt, wobei
    - die dem Steuereingang (13, 14) eingeprägte elektrische Spannung einem Transformator (15) zugeführt wird, der mit einer sich zeitlich periodisch
    - ändernden Spannung beaufschlagt wird, und
    - die Spannung am Transformator (15) zur Erzeugung eines Steuersignals für die Steuerung des Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe (11) ausgewertet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung am Transformator (15) zur Auswertung einem Abtast-Halte-Glied (22) zugeführt wird, um Spannungsspitzen auf der Spannung des Transformators (15) mit Hilfe des Abtast-Halte-Gliedes (22) auszublenden, indem zur Auswertung der Spannung am Transformator (15) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden
    - das Folgen-Signal des Abtast-Halte-Gliedes (22) und die sich zeitlich periodisch veränderliche elektrische Spannung werden mittels eines Oszillators (19) erzeugt,
    - die Frequenz der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung wird mittels eines Frequenzteilers (21) halbiert,
    - die Frequenz des Folgen-Signals wird an die Frequenz der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung angepasst und es wird eine konstante Zeitverschiebung zwischen dem Folgen-Signal und der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung generiert,
    - der Transformator (15) wird mit der sich zeitlich periodisch veränderlichen elektrischen Spannung beaufschlagt und
    - die Spannung am Transformator (15) wird dem Abtast-Halte-Glied (22) als Eingangsspannung zugeführt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Abtast-Halte-Gliedes (22) einem Analog-Digital-Wandler (23) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Abtast-Halte-Gliedes (22) zur Steuerung des Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe (11) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Steuereingang (13, 14) eingeprägte Spannung eine Gleichspannung ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereingang zur Vorgabe eines Sollwertes für die Steuerung eines Betriebsparameters der mindestens einen elektrischen Lampe mit digitalen Spannungssignalen beaufschlagt wird.
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