Lampensensor für ein Vorschaltgerät zum Betrieb einer Gasentladungslampe
Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe.
Üblicherweise werden heutzutage bei hochwertigen Vorschalt- geräten für Gasentladungslampen die Lampenelektroden vorge- heizt, bevor die Zündspannung zwischen diesen angelegt wird. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme die Lebensdauer der Lampen in erheblichem Maße verlängert werden kann.
Wie beispielsweise in EP 0 594 880 AI beschrieben, wird die Gasentladungslampe in der Regel an einem Serienschwingkreis betrieben, wobei der Schwingkreiskondensator in der Regel parallel zur Entladungsstrecke der Gasentladungslampe liegt. Die Elektroden der Lampe sind als Heizwendeln ausgebildet, durch die der Strom des Schwingkreises bei nicht gezündeter Lampe fließt. Im Vorheizbetrieb wird die Frequenz gegenüber der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises derart verändert, dass die über dem Resonanzkondensator und damit über der Gasentladungslampe liegende Spannung keine Zündung der Gasentladungslampe verursacht. Auf diese Weise fließt ein im Wesentlichen konstanter Strom durch die als Wendeln ausgeführten Lampenelektroden, so dass diese vorgeheizt werden. Nach Ablauf der Vorheizphase wird die Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises eingestellt, wodurch sich die Spannung über den Resonanzkondensator so er- höht, dass die Gasentladungslampe schließlich zündet.
Das Vorschaltgerät sollte neben der Hauptfunktion der Initiierung, Aufrechterhaltung und Abschaltung der Gasentladung zusätzlich eine den Zustand der Lampe überwachende Funktion aufweisen, um eventuelle Betriebsstörungen erfassen und dem- entsprechende Maßnahmen einleiten zu können. Diese Maßnahmen können beispielsweise die Abschaltung des Hochspannungsteils beinhalten.
Eine Betriebsstörung kann beispielsweise dann vorliegen, wenn eine der beiden Wendeln oder auch beide defekt sind, oder wenn die Lampe vollständig entfernt bzw. nicht (korrekt) in die Fassungen der Leuchte eingesetzt wurde.
Aus EP 0 707 439 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei einem elektronischen Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe der Spannungsabfall über einen in Serie mit der Pri- märwicklung eines Heiztransformators geschalteten Widerstand und somit der Heizstrom gemessen wird, um zu erfassen, ob ein Wendelbruch vorliegt, oder aber keine Lampe in die Fassung in die Leuchte eingesetzt wurde.
Eine weitere Anforderung an moderne Vorschaltgeräte ist die Erfassung der über der Entladungsstrecke der Gasentladungslampe anliegenden Spannung.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Vorschaltge- rätes, das einerseits zur Erfassung einer Lampenstörung
(Wendelbruch, Nicht-Einsetzen bzw. Entnahme der Lampe etc.) und andererseits zur Erfassung der LampenSpannung ausgelegt ist. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 1 in den Figuren 1 bis 3 schematisch ein Wechselrichter mit seinen beiden abwech- selnd getakteten Schaltern (Leistungstransistoren) 17 und 18 bezeichnet. An dem Knotenpunkt des Wechselrichters 1 ist ein Lastkreis 3 angeschlossen, der einen Serienresonanzkreis 22, bestehend aus einer Resonanzinduktivität 16 (LR) und einem Resonanzkondensator 5 ( CR) , aufweist. Weiterhin ist ein Kop- pelkondensator 2 { Cκ) vorgesehen, der den Lastkreis 3 kapazitiv an den Knotenpunkt des Wechselrichters 1 anschließt. Die Entladungsstrecke der Lampe 4 ist parallel zu dem Resonanzkondensator 5 geschaltet.
Weiterhin sind die Heizwendeln 8 und 9 der Gasentladungslampe 4 ersichtlich. In Serie zu der unteren Heizwendel 9, d.h. zwischen der Lampe 4 und dem Masseknoten ist ein Messwiderstand 26 (j?) geschaltet, durch den der Lampenstrom und der
Wendelstrom fließt. Mittels der somit an dem Messwiderstand 26 (R) abfallenden Spannung kann ein Messsignal 10a (Sl) abgegriffen werden, das wiedergibt, ob im ungezündeten Zustand der Lampe ein Heizstrom durch die Wendeln 8 und 9 fließen kann und ob somit eine Lampe 4 mit ordnungsgemäßen Heizwendeln 8 und 9 in die dafür vorgesehenen Fassungen eingesetzt ist.
Zur Erfassung der Lampenspannung ist zusätzlich auf der Sei- te des Koppelkondensators 2 ( Cκ) des Lastkreises 3 ein Spannungsteiler 7 parallel zur Gasentladungslampe 4 geschaltet. Dieser Spannungsteiler 7 weist zwei Widerstände 14 und 15 (R1 bzw. R2 ) auf, die in Serie geschaltet sind. Somit kann an dem Schaltungsknoten 11 zwischen den beiden Widerständen 14 und 15 ein Signal 10b (S2) abgegriffen werden, das für die über der Entladungsstrecke der Gasentladungslampe 4 anliegende Spannung repräsentativ ist.
Festzuhalten ist somit, dass bei einer derartigen Schaltung für die Erfassung der Lampe Spannung sowie für die Erkennung einer Betriebsstörung der Lampe 4 je eine separat vorgesehene Schaltung vorgesehen werden muss. Dementsprechend müssen auch zwei Signale Sl und S2 verwertet werden.
Angesichts der oben genannten Anforderungen an moderne elektronische Vorschaltgeräte ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technologie bereitzustellen, die die Erfassung der an einer Gasentladungslampe in Betrieb anliegenden Spannung sowie das Erkennen einer Lampenstörung (fehlende Lampe etc.) in einfacher Weise ermöglicht.
Insbesondere sollte für die Erfassung der Lampenspannung sowie die Erkennung einer Betriebsstörung der Lampe ein einziges Signal genügen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche bil-
den den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Erfindungsgemäß ist also ein Vorschaltgerät zum Betreiben einer Gasentladungslampe vorgesehen. Dabei ist ein Wechselrichter, der zwei in Serie liegende und an eine Gleichspannungsquelle angeschlossene, im Gegentakt geschaltete Transistor-Schalter (ϊi bzw. T2) aufweist, welche über einen Koppelkondensator ( Cκ) mit einem Lastkreis verbunden sind. Der Lastkreis weist, wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die Gasentladungslampe und einen Serienresonanzkreis auf. Schließlich ist eine Sensorschaltung zum kombinierten Erkennen einer Lampenstörung sowie der an der Lampe anliegenden Spannung anhand eines einzigen Messsignals (S2) vor- gesehen. Die Sensorschaltung weist dabei einen Spannungsteiler auf, der einerseits mit der „oberen" potentialführende Wendel der Lampe und andereseits mit Masse verbunden.
Die Sensorschaltung 6 ermöglicht den Abgriff eines Sensorsi- gnals (S2) zum Erkennen einer Lampenstörung bzw. zur Erfassung der Lampenspannung. Somit ist es Vorteil der vorliegenden Erfindung, das auf Grundlage eines einzigen Sensorsi- gnals (S2) sowohl eine Lampenstörung wie auch die Lampenspannung ausgewertet werden können.
Zu dem Koppelkondensator kann ein hochohmiger Widerstand Rκ parallel geschaltet sein, um auf einfache Weise eine Gleichstromzweig zu bilden.
Die Sensorschaltung kann in einem ASIC integriert sein.
Die Heizleistung kann kapazitiv oder induktiv in wenigstens eine Wendel der Gasentladungslampe eingekoppelt sein.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Erfassung der Lampenspannung und zur Erkennung einer Lampenstörung in einem Vorschaltgerät für Gasentladungslampen vorgesehen. Dabei erfolgt die Erfassung der Lampenspannung und
die Erkennung eines Wendelbruchs der Lampe anhand eines einzigen Messsignals (S2) . Insbesondere während der Vorheiz- und Zündphase wird der Wendelstrom und während des Normalbetriebs der Lampenstrom überwacht .
Weiter Merkmale, Vorteile und Eigenschaften werden nunmehr, bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen und anhand einer detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen, erläutert.
Fig. 1 zeigt dabei ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise,
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 3 zeigt eine weitere prinzipielle Möglichkeit zur Erkennung einer Lampenstörung sowie zur Erfassung der an der Entladungsstrecke der Lampe anliegenden Spannung.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie bekannt, weist auch das erfindungsgemäße Vorschaltgerät einen Wechselrichter 1 mit zwei in Serie geschalteten, an einer Gleichspannungsquelle Ubus angeschlossenen und abwechselnd getakteten Transistor- Schaltern 17 und 18 ( 2 bzw. T2) auf. Das Schalten kann dabei durch eine Steuereinheit 23 erfolgen, die als integrierte Schaltung (IC) und insbesondere in einem ASIC realisiert werden kann. An dem Knotenpunkt der beiden Schalter 17 und 18 ist ein Lastkreis 3 angeschlossen, der einen Serienresonanzkreis 22 und die Lampe 4 aufweist. Der Serienresonanzkreis 22 besteht dabei aus einer Resonanzinduktivität 16 ( LR) und einem Resonanzkondensator 5 ( CR) . Die Entladungs- strecke der Gasentladungslampe 4 zwischen den beiden Heizwendeln 8 und 9 ist, wie bekannt, parallel zu dem Resonanzkondensator 5 (CR) geschaltet.
Parallel zu dem Koppelkondensator 2 ( Cκ) ist ein hochohmiger Widerstand 12 (Rκ) geschaltet, so dass unter Umgehung des Koppelkondensators 2 ( Cκ) ein geringer Gleichstrom IDC durch die obere Heizwendel 8 sowie einen später noch im Detail er- läuterten Spannungsteiler 7 fließen kann.
Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist erfindungsgemäß ein Spannungsteiler 7 mit den Widerständen 14 und 15 (i?x bzw. R2 ) parallel zu der Parallelschaltung der Gasentladungslampe 4 und des Resonanzkondensators 5 ( CR) geschaltet. Genauer gesagt ist der Spannungsteiler 7 auf der von dem Koppelkondensator 2 [ Cκ) abgewandten Seite der Lampe 4 vorgesehen und somit, betrachtet von dem Wechselrichter 1 aus, der oberen Heizwendel 8 nachgeschaltet. Wie bereits erwähnt, fließt in- folge des hochohmigen Parallelwiderstandes 12 ein Gleichstrom IΏC durch die Widerstände 14 und 15 (Rx bzw. R2) des Spannungsteilers 7. An dem Schaltungsknoten 11 zwischen den beiden Widerständen 14 und 15 des Spannungsteilers 7 wird ein Messsignal 10b (Sensorsignal S2) abgegriffen, das nach einer Analog-Digital-Wandlung einer (digitalen) Auswerteschaltung 13 zugeführt werden kann. Diese Auswerteschaltung 13 kann ebenfalls als integrierte Schaltung implementiert sein. Der Spannungsteiler 7 zusammen mit dem Signalabgriff 11 stellt somit eine Sensorschaltung 6 zum Erkennen einer Lampenstörung wie auch zur Erfassung der Lampenspannung dar.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltung soll nunmehr erläutert werden. Die Auswerteschaltung 13 kann abhängig von dem Wert des Sensorsignals 10b (S2) die folgenden Leuchtzu- stände erkennen:
Wenn keine Lampe 4 in die Fassungen der Leuchte eingesetzt ist oder aber wenn die obere Heizwendel 8 der Gasentladungslampe 4 gebrochen ist, kann kein Gleichstrom IDC durch diese Heizwendel 8 und somit durch den Spannungsteiler 7 fließen. Dementsprechend fällt an dem Spannungsteiler 7 in diesem Fall auch keine Gleichspannung ab. Im ungezündeten Zustand liegt somit für den Fall einer Lampenstörung lediglich eine
Wechselspannung entsprechend dem Schwingverhalten des Seri- enresonanzkreises 22 an dem Spannungsteiler 7 an. Dies kann wie gesagt auf Grundlage des Sensorsignals 10b (S2) durch die Auswerteschaltung 13 erfasst werden. Für diesen Fall der Lampenstörung müssen unter Umständen sofort Maßnahmen getroffen werden, da beispielsweise ohne eingesetzte Lampe 4 an dem Ausgang des Wechselrichters 1 sehr hohe Spannungen auftreten können. Eine Maßnahme, die dann durch die Auswerteschaltung 13 veranlasst wird, kann dementsprechend in ei- ner Systemabschaltung bzw. wenigstens in der Abschaltung des Wechselrichters 1 bestehen.
Für den Fall, dass eine Lampe 4, bei der wenigstens die obere Heizwendel 8 ordnungsgemäß arbeitet, in die dafür vorge- sehenen Fassungen der Leuchte eingesetzt ist, kann durch diese obere Heizwendel 8 und somit auch durch den Spannungsteiler 7 ein Gleichstrom IDC fließen. Auf Grundlage des Sensorsignals 10b (S2) wird die Auswerteschaltung 13 in diesem Fall eine um einen Gleichspannungsabfall an dem Spannungs- teuer 7 verschobene WechselSpannung erfassen.
Die an der Lampe 4 abfallende Wechselspannung wird also in jedem Fall gemessen. Abhängig davon, ob eine Lampe 4 mit ordnungsgemäßer oberer Heizwendel 8 eingesetzt ist oder nicht, ■ ist diese Wechselspannung gegebenenfalls um die an dem Spannungsteiler abfallende Gleichspannung verschoben.
Es ist darauf hinzuweisen, dass der hochohmige Widerstand 12 (Rκ) im Parallelzweig des Koppelkondensators 2 [ Cκ) weiter- hin den Vorteil aufweist, dass er das sogenannte "Wal en", d.h. abwechselnd helle und dunkle Abschnitte in der Gasentladungslampe 4, durch Bereitstellung eines gewissen Gleichstromanteils zumindest stark verringern kann.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Einkopp- lung der Heizleistung in die Heizwendeln 8 und 9 induktiv über die zwei Spulen 19 und 20 (Lhi bzw. h2) eines Übertra-
gers. Während eine kapazitive Einkopplung der Heizleistung in der Regel bei nicht gedimmten Geräten bevorzugt wird, wird bei gedimmten Geräten die induktive Form der Heizleistungseinkopplung bevorzugt.
In dieser Zeichnung ist auch schematisch dargestellt, dass als Primärwicklung für die induktive Heizleistungsübertragung die Primärwicklung 21 (Lh3) eines gesonderten Transformators verwendet werden kann. Alternativ ist möglich, die Resonanzinduktivität 16 (LR) als Primärwicklung zur induktiven Einkopplung der Heizleistung in die Heizwendeln 8 und 9 der Gasentladungslampe 4 zu verwenden.
Festzuhalten ist ferner, dass im Zusammenhang mit der vor- liegenden Erfindung jegliche Art der Einkopplung der Heizleistung in die Heizwendeln 8 und 9 angewendet werden kann.
Bezugszeichenliste
Nr, Komponente bzw. Signal
Wechselrichter, realisiert als zwei in Serie geschaltete selbstsperrende n-Kanal-MOSFETs Tx und T2
Koppelkondensator Cκ im Serienresonanzkreis 22
Lastkreis, bestehend aus einem Serienresonanzkreis 22 und einer Gasentladungslampe 4
Gasentladungslampe im Lastkreis 3
Resonanzkondensator CR des Serienresonanzkreises 22
Sensorschaltung (realisiert als Spannungsteiler 7 mit den Widerständen Ri und R2) zur Erkennung einer Störung der Gasentladungslampe 4 sowie zur Erfassung eines Spannungsabfalls an der Gasentladungslampe 4
Spannungsteiler, verwendet als Sensorschaltung 6 erste (obere) Heizwendel der Gasentladungslampe 4 zweite (untere) Heizwendel der Gasentladungslampe 4
10a Spannungsabfall am Messwiderstand 26 (Sensorsignal Sl)
10b AusgangsSpannung der Sensorschaltung 6 (Sensorsignal S2)
11 Schaltungsknoten in der Mitte des Spannungsteilers 7 _
12 hochohmiger Widerstand Rκ im Parallelzweig des Koppelkondensators Cκ
13 Auswerteschaltung zur Auswertung des Sensorsignals 10
14 erster (oberer) Widerstand JI des Spannungsteilers 7
15 zweiter (unterer) Widerstand R2 des Spannungsteilers 7
16 Resonanzinduktivität LR des Serienresonanzkreises 22
17 erster getakteter Transistor-Schalter (realisiert als selbstsperrender n-Kanal-MQSFET T ) zweiter getakteter Transistor-Schalter (realisiert als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET T2)
19 Induktivität Lhl (realisiert als Primärwicklung eines Heiztransformators Trx ) zur induktiven Einkopplung der Heizleistung in die erste (obere) Heizwendel 8 der Ga- sentladungslampe 4
20 Induktivität L
h (realisiert als Primärwicklung eines Heiztransformators Tr
2 ) zur induktiven Einkopplung der