DE10164242B4

DE10164242B4 - Electronic ballast with current limitation with power control

Info

Publication number: DE10164242B4
Application number: DE10164242.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zudrell-Koch
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: DE50206213D1; EP1324643B1; EP1324643A1; DE10164242A1; ATE322144T1

Abstract

The stop frequency (fstop), starting from a basic-stop frequency (fstop,0), rises with increasing temperature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein leistungsgeregeltes elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Gasentladungslampe.The present invention relates to a power-controlled electronic ballast for operating at least one gas discharge lamp.

Moderne Vorschaltgeräte zum Betreiben von Gasentladungslampen, insbesondere von Leuchtstoffröhren, sind oftmals leistungsgeregelt. Bei dieser Regelungsart wird die dem Wechselrichter zugeführte Zwischenkreisspannung im wesentlichen konstant gehalten, während der über den Wechselrichter fließende Strom durch Veränderung der Betriebsfrequenz geregelt wird. Dies erfolgt beispielsweise durch einen in der Halbbrücke des Wechselrichters vorgesehenen Shunt-Widerstand, wobei die über diesen Shunt-Widerstand abfallende Spannung als Istwert für den Halbbrücken-Strom einer Steuer- oder Regelschaltung zugeführt wird. Die Steuer- oder Regelschaltung stellt die Betriebsfrequenz des Wechselrichters so ein, dass der mittlere Strom über den Shunt-Widerstand bzw. die dazu proportionale mittlere Spannung über diesem konstant bleiben. Mit der konstant gehaltenen Zwischenkreisspannung und dem auf diese Weise auf einen konstanten Wert geregelten Strom wird der Lampe stets die gleiche Leistung zugeführt.Modern ballasts for operating gas discharge lamps, in particular fluorescent tubes, are often power-controlled. In this type of control, the intermediate circuit voltage supplied to the inverter is kept substantially constant, while the current flowing through the inverter is regulated by changing the operating frequency. This is done, for example, by a shunt resistor provided in the half-bridge of the inverter, the voltage dropping across this shunt resistor being supplied as the actual value for the half-bridge current to a control or regulating circuit. The control or regulating circuit sets the operating frequency of the inverter so that the average current through the shunt resistor or the proportional mean voltage above it remain constant. With the DC link voltage kept constant and the current regulated in this way to a constant value, the lamp is always supplied with the same power.

Leuchtstoffröhren haben eine negative Kennlinie, wenn man ihre Spannung in Abhängigkeit vom Strom darstellt. Das bedeutet, dass bei einer bestimmten Temperatur T1 mit steigendem Lampenstrom I_LA die Lampenspannung U_LA abfällt, wie dies beispielsweise bei der in 2 dargestellten Kennlinie U_LA,T1, der Fall ist. Trägt man in das gleiche Diagramm die Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung bei einer bestimmten Leistung ein, so ergibt sich – da die Leistung das Produkt aus Strom und Spannung ist – die ebenfalls in 2 dargestellte Hyperbel P. Wird die Lampe nun auf eine bestimmte Leistung geregelt, so stellt sich auf der Kennlinie der Lampe ein Arbeitspunkt ein, der dem Schnittpunkt zwischen der Kennlinie und der Leistungs-Hyperbel entspricht. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel, bei dem die Leistung P eingestellt werden soll, ergibt sich beispielsweise bei der Temperatur T1 derjenige Arbeitspunkt, der dem Lampenstrom I_T1 entspricht. Üblicherweise sind die Lampen derart ausgelegt, dass der Arbeitspunkt bei einer bestimmten Temperatur optimal ist. Das bedeutet, dass eine optimale Lichtausbeute gewährleistet ist, wenn die Lampe bei einer bestimmten Temperatur, die typischerweise im Bereich zwischen 30° und 40°C liegt, betrieben wird.Fluorescent tubes have a negative characteristic when their voltage is a function of the current. This means that at a certain temperature T1 with increasing lamp current I _LA, the lamp voltage U _LA drops, as is the case, for example, in the case of FIG 2 shown characteristic curve U _{LA, T1} , the case. If one plots the dependence between current and voltage at a certain power in the same diagram, then - since the power is the product of current and voltage - this also results in 2 hyperbola P. If the lamp is now regulated to a certain power level, then an operating point, which corresponds to the point of intersection between the characteristic curve and the power hyperbola, is set on the characteristic curve of the lamp. At the in 2 shown example, in which the power P is to be set, resulting, for example, at the temperature T1 of that operating point, which corresponds to the lamp current I _T1 . Usually, the lamps are designed so that the operating point is optimal at a certain temperature. This means that optimum light output is guaranteed when the lamp is operated at a certain temperature, typically between 30 ° C and 40 ° C.

Gegenüber dem zuvor geschilderten Idealfall bei normaler Betriebstemperatur kann allerdings die Situation eintreten, dass die Temperatur, bei der die Lampe tatsächlich betrieben wird, deutlich höher ist. Dies könnte beispielsweise in Fabrikgebäuden mit einer hohen Wärmeentwicklung der Fall sein. Durch die Erhöhung der Temperatur ergibt sich allerdings eine neue Kennlinie für die Lampe und damit auch ein neuer Arbeitspunkt. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel ergibt sich beispielsweise bei der höheren Temperatur T2 die neue Kennlinie U_LA,T2 und es stellt sich ein neuer Arbeitspunkt ein, der dem erhöhten Lampenstrom I_T2 entspricht. Dieser neue Arbeitspunkt wird im Rahmen der eingangs beschriebenen Leistungsregelung durch eine Reduzierung der Betriebsfrequenz für den Wechselrichter erreicht.Compared with the previously described ideal case at normal operating temperature, however, the situation may occur that the temperature at which the lamp is actually operated, is significantly higher. This could for example be the case in factory buildings with a high heat development. Increasing the temperature, however, results in a new characteristic curve for the lamp and thus also a new operating point. At the in 2 The example shown results, for example, at the higher temperature T2, the new curve U _{LA, T2} and it sets a new operating point, which corresponds to the increased lamp current I _T2 . This new operating point is achieved in the context of the power control described above by reducing the operating frequency for the inverter.

Durch den Wechsel auf den neuen Arbeitspunkt bei einer Erhöhung der Betriebstemperatur wird zwar erreicht, dass die der Lampe zugeführte Leistung konstant bleibt, gleichzeitig erhöht sich jedoch aufgrund des höheren Stromes die Verlustleistung und die Lichtausbeute der Lampe wird reduziert. Wird die Betriebsfrequenz gegenüber der Frequenz bei Normaltemperatur deutlich reduziert, besteht sogar die Gefahr, dass der Strom in Bereiche ansteigt, in denen das Gerät selbst gefährdet ist.By changing to the new operating point with an increase in the operating temperature is achieved while ensuring that the power supplied to the lamp remains constant, but at the same time increases due to the higher power dissipation and the luminous efficacy of the lamp is reduced. If the operating frequency is significantly reduced compared to the frequency at normal temperature, there is even a risk that the current will rise to areas in which the device itself is endangered.

Um deshalb zu verhindern, dass der Strom aufgrund eines Temperaturanstiegs gefährliche Größenordnungen annimmt, wird üblicherweise der Frequenzbereich, innerhalb dem der Lampenstrom geregelt werden darf, nach unten begrenzt. Praktisch wird dabei eine Stoppfrequenz festgelegt, die nicht unterschritten werden darf. Wird die Stoppfrequenz erreicht, wirkt das Vorschaltgerät ab diesem Zeitpunkt wie eine Konstant-Stromquelle und nicht mehr wie eine Konstant-Leistungsquelle. Dies hat zur Folge, dass der der Stoppfrequenz entsprechende maximale Strom nicht überschritten werden kann und demzufolge eine Zerstörung oder Beschädigung einiger oder aller Komponenten des Vorschaltgeräts verhindert wird.Therefore, to prevent the current from assuming dangerous levels due to a rise in temperature, usually the frequency range within which the lamp current is allowed to be controlled is limited downwards. Practically, a stop frequency is set, which must not be fallen below. When the stop frequency is reached, the ballast acts as a constant current source and no longer as a constant power source. As a result, the maximum current corresponding to the stop frequency can not be exceeded, thus preventing destruction or damage of some or all of the components of the ballast.

Das Festlegen der Stoppfrequenz ist allerdings ebenfalls problematisch, da hierbei mehrere Faktoren berücksichtigt werden müssen. Auf der einen Seite ist eine möglichst hohe Stoppfrequenz wünschenswert, da die zuvor beschriebene Sicherungsfunktion nicht zu spät und damit bei zu hohen Strömen einsetzen darf. Wird die Lampe beispielsweise bei Normaltemperatur mit einer Frequenz von etwa 45 kHz betrieben, so sollte beispielsweise eine Stoppfrequenz von ca. 41 kHz gewählt werden.However, setting the stop frequency is also problematic, since several factors must be taken into account. On the one hand, the highest possible stop frequency is desirable since the safety function described above must not be used too late and thus at too high currents. For example, if the lamp is operated at normal temperature with a frequency of about 45 kHz, then a stop frequency of about 41 kHz should be selected.

Auf der anderen Seite ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Betriebsfrequenz bei Normaltemperatur aufgrund der Tatsache, dass die verschiedenen Elemente des elektronischen Vorschaltgerätes toleranzbehaftet sind, um den Idealwert von beispielsweise 45 kHz schwanken kann. Sollen alle Geräte bei Normaltemperatur bei einer bestimmten Leistung betrieben werden, so wird jedes Vorschaltgerät eine etwas andere Betriebsfrequenz aufweisen, wie dies beispielsweise in 3 dargestellt ist. Die in 3 dargestellte Kurve I zeigt, dass die tatsächliche Betriebsfrequenz aller Vorschaltgeräte um die optimale Frequenz f_run von 45 kHz verteilt ist und in etwa zwischen 43 und 47 kHz liegt. In gleicher Weise ist auch die Stoppfrequenz f_stop um einen Idealwert verteilt, wie dies die Kurve II darstellt. Der Grund hierfür liegt wiederum in gewissen Toleranzen der für die Festlegung der Stoppfrequenz verantwortlichen Bauelemente.On the other hand, however, it should be noted that the operating frequency at normal temperature may fluctuate around the ideal value of 45 kHz, for example, due to the fact that the various elements of the electronic ballast are subject to tolerances. If all devices are to be operated at normal temperature at a certain power, then each ballast will have a slightly different operating frequency, as for example in 3 is shown. In the 3 shown curve I shows that the actual operating frequency of all ballasts is distributed around the optimum frequency f _run of 45 kHz and is approximately between 43 and 47 kHz. In the same way, the _stop frequency f _stop is distributed around an ideal value, as represented by the curve II. The reason for this again lies in certain tolerances of the components responsible for determining the stop frequency.

Es kann nun der Fall eintreten, dass die bei Normaltemperatur vorliegende Betriebsfrequenz bereits unterhalb der Stoppfrequenz liegt. Dies ist bei dem in 3 schraffiert dargestellten Bereich F der Fall, in dem die Kurven für die Betriebsfrequenz (I) bei Normaltemperatur und die Stoppfrequenz (II) überlappen. Alle Vorschaltgeräte, die in diesen schraffierten Bereich fallen, ermöglichen keinen ordnungsgemäßen Lampenbetrieb und sind dementsprechend als Ausschuss zu betrachten. Um diesen Anteil solcher fehlerhaften Vorschaltgeräte gering zu halten, ist daher eine möglichst niedrige Stoppfrequenz wünschenswert, was allerdings im Widerspruch zu der oben genannten Präferenz für eine möglichst hohe Stoppfrequenz steht.It may now be the case that the operating frequency at normal temperature is already below the stop frequency. This is at the in 3 hatched area F of the case in which the curves for the operating frequency (I) at normal temperature and the stop frequency (II) overlap. All ballasts that fall within this hatched area do not allow for proper lamp operation and are therefore considered scrap. In order to keep this proportion of such faulty ballasts low, the lowest possible stop frequency is therefore desirable, which, however, is in contradiction to the above-mentioned preference for the highest possible stop frequency.

Das zuvor beschriebene Problem könnte dadurch vermieden werden, dass unmittelbar nach der Herstellung für jedes Gerät ein Abgleich durchgeführt wird, in dem eine für die jeweilige Betriebsfrequenz geeignete Stoppfrequenz individuell festgelegt wird. Bei elektronischen Vorschaltgeräten, die ein Dimmen der Lampe ermöglichen, wird ein derartiger Abgleich ohnehin durchgeführt, so dass hierdurch kein zusätzlicher Arbeitsaufwand entsteht. Bei nicht-dimmbaren Geräten ist allerdings ein derartiger Abgleich nicht unbedingt notwendig, so dass eine individuelle Festlegung der Stoppfrequenz zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet, durch den die Herstellungskosten erhöht werden.The problem described above could be avoided by carrying out an adjustment for each device immediately after production, in which a stop frequency suitable for the respective operating frequency is determined individually. In electronic ballasts that allow dimming the lamp, such an adjustment is carried out anyway, so that there is no additional work required. For non-dimmable devices, however, such an adjustment is not absolutely necessary, so that an individual determination of the stop frequency means additional work, by which the manufacturing cost is increased.

Das Dokument WO 01/45 473 A1 zeigt ein Betriebsgerät für Leuchtstofflampen. Dabei erfolgt eine Leistungsregelung unter Verwendung der Lampenspannung und des Lampenstroms. Ein Abschaltmechanismus, welcher bei zu hohem Schalterstrom eine Abschaltung verursacht wird eingesetzt.The document WO 01/45473 A1 shows a control gear for fluorescent lamps. In this case, a power control is performed using the lamp voltage and the lamp current. A cut-off mechanism which causes a shutdown when the switch current is too high is used.

Das Dokument US 5,705,894 A zeigt ebenfalls eine Betriebsschaltung für Leuchtstofflampen und ein entsprechendes Betriebsverfahren. Auch hier wird zur Regelung des Lampenstroms ein Strom durch einen Schalttransistor herangezogen.The document US 5,705,894 A also shows an operating circuit for fluorescent lamps and a corresponding operating method. Again, a current through a switching transistor is used to control the lamp current.

Auch das Dokument DE 44 25 890 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe. Dabei erfolgt eine Regelung einer automatischen Frequenzanpassung.Also the document DE 44 25 890 A1 shows a circuit arrangement for the operation of a discharge lamp. In this case, a control of an automatic frequency adjustment takes place.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät anzugeben, bei dem auf der einen Seite ein frühzeitiges und zuverlässiges Einsetzen der Strombegrenzung ermöglicht wird und bei dem auf der anderen Seite sichergestellt ist, dass die Stoppfrequenz im Ausgangszustand in jedem Fall unterhalb der Betriebsfrequenz liegt.The present invention is therefore an object of the invention to provide an electronic ballast, in which on the one hand early and reliable onset of current limiting is made possible and in which on the other hand ensures that the stop frequency in the initial state in each case below the operating frequency lies.

Die Aufgabe wird durch ein elektronisches Vorschaltgerät, welches die Merkmale des Anspruches 1 aufweist, gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Stoppfrequenz temperaturabhängig ist und – ausgehend von einer Basis-Stopfrequenz – mit steigender Temperatur ansteigt. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, eine entsprechend niedrige Basis-Stoppfrequenz zu wählen, die weit genug unterhalb der Betriebsfrequenz liegt, so dass in jedem Fall ein ordnungsgemäßer Lampenstart gewährleistet ist. Ausgehend von der Basis-Stoppfrequenz steigt dann die Stoppfrequenz mit steigender Temperatur an, so dass bei höheren Temperaturen rechtzeitig eine Strombegrenzung einsetzt, die eine Beschädigung des Vorschaltgerätes vermeidet. Ein Abgleich des Vorschaltgeräts nach seiner Herstellung ist damit nicht mehr notwendig, weshalb die Erfindung insbesondere bei nicht-dimmbaren Vorschaltgeräten zu einer Reduzierung der Herstellungskosten beiträgt.The object is achieved by an electronic ballast having the features of claim 1. This is characterized by the fact that the stop frequency is temperature-dependent and - starting from a base stop frequency - increases with increasing temperature. In this way, it is possible to choose a correspondingly low base stop frequency, which is far enough below the operating frequency, so that in each case a proper lamp start is guaranteed. Starting from the base stop frequency then increases the stop frequency with increasing temperature, so that at higher temperatures in time uses a current limit, which avoids damage to the ballast. An adjustment of the ballast after its production is thus no longer necessary, which is why the invention contributes to a reduction in manufacturing costs, especially in non-dimmable ballasts.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So erfolgt die Leistungsregelung vorzugsweise dadurch, dass eine Steuer- oder Regelschaltung die über einen am Fußpunkt der Halbbrücke angeordneten Widerstand abfallende Spannung erfasst, diesen Istwert des Halbbrückenstroms mit einem Referenzwert vergleicht und anhand des Vergleichsergebnisses eine Betriebsfrequenz für den Wechselrichter bestimmt. Das Ansteigen der Stoppfrequenz mit steigender Temperatur kann auf einfache und elegante Weise dadurch erreicht werden, dass die Steuer- oder Regelschaltung die Steuersignale für den Wechselrichter aus einer Grundfrequenz ableitet, wobei diese Grundfrequenz mit steigender Temperatur ansteigt. Hierbei bleibt die Stoppfrequenz, welche die Steuer- oder Regelschaltung intern bei der Ermittlung der Frequenz für den Wechselrichter berücksichtigt, unverändert, während die effektiv an dem Wechselrichter eingestellte Minimal-Frequenz dennoch ansteigt. Alternativ dazu besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Steuer- oder Regelschaltung die aktuell vorliegende Temperatur bestimmt – beispielsweise durch Messen einer temperaturabhängigen Referenzspannung – und dann auf Basis dieser Temperaturinformation eine Stopfrequenz ermittelt, die erfindungsgemäß mit steigender Temperatur ansteigt.Further developments of the invention are the subject of the dependent claims. Thus, the power control preferably takes place in that a control or regulating circuit detects the voltage drop across a resistance arranged at the base of the half-bridge, compares this actual value of the half-bridge current with a reference value and determines an operating frequency for the inverter on the basis of the comparison result. The increase of the stop frequency with increasing temperature can be achieved in a simple and elegant way in that the control or regulating circuit derives the control signals for the inverter from a fundamental frequency, this fundamental frequency rising with increasing temperature. Here, the stop frequency, which takes into account the control or regulating circuit internally when determining the frequency for the inverter, remains unchanged, while the effectively set at the inverter minimum frequency still increases. Alternatively, however, there is also the possibility that the control or regulating circuit determines the currently present temperature - for example by measuring a temperature-dependent reference voltage - and then based on this temperature information determines a stop frequency, which increases according to the invention with increasing temperature.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts besteht darin, die Steuer- oder Regelschaltung für den Wechselrichter digital auszubilden. Dies wird dadurch erreicht, dass innerhalb der Steuer- oder Regelschaltung ein Analog/Digital-Wandler vorgesehen ist, der den von der Steuer- oder Regelschaltung erfassten Betriebsparameter in einen aus mindestens 2 bit bestehenden Digitalwert umsetzt. Auf Basis dieses Digitalwerts wird anschließend in einem digitalen Rechenblock eine Betriebsfrequenz zum Betreiben des Wechselrichters berechnet und mit Hilfe einer Treiberschaltung in entsprechende Steuersignale für die Schaltelemente des Wechselrichters umgesetzt. Diese Lösung ermöglicht eine weitgehende Integrierung der Steuerelemente des Vorschaltgeräts. Gleichzeitig wird durch die Umsetzung der analog gemessenen Betriebsparameter in Digitalwerte mit einer hohen Genauigkeit eine große Stabilität bei der Regelung der Lampenleistung ermöglicht. Diese digitale Ausgestaltung kann beispielsweise auch auf den Regelkreis für die Glättungsschaltung erweitert werden.A particularly advantageous embodiment of the ballast according to the invention is to form the control or regulating circuit for the inverter digital. This is achieved by the fact that within the tax or Control circuit is an analog / digital converter is provided which converts the detected by the control or regulating circuit operating parameters in a minimum of 2 bit existing digital value. On the basis of this digital value, an operating frequency for operating the inverter is then calculated in a digital computing block and converted by means of a driver circuit into corresponding control signals for the switching elements of the inverter. This solution enables extensive integration of the ballast controls. At the same time, the implementation of the analog measured operating parameters into digital values with high accuracy enables a high stability in the control of the lamp power. This digital embodiment can be extended, for example, to the control circuit for the smoothing circuit.

Die Basis-Stoppfrequenz für das Vorschaltgerät kann durch einen an die Steuer- oder Regelschaltung anschließbaren Referenz-Widerstand vorgegeben werden, dessen Größe über einen in der Steuer- oder Regelschaltung vorgesehenen Analog/Digital-Wandler ermittelt wird, der nach dem Anschluss einer internen Stromquelle, die über diesen Referenz-Widerstand abfallende Spannung in einen ebenfalls aus mindestens 2 bit bestehenden Digitalwert umsetzt. Sind auch die Regelkreise für den Wechselrichter und die Zwischenkreisspannung in der zuvor beschriebenen Weise digital ausgebildet, so kann eine weitere Reduzierung der Bauelemente dadurch erreicht werden, dass in Steuer- oder Regelschaltung zum Umsetzen der erfassten Betriebsparameter und der über den Referenz-Widerstand abfallenden Spannung lediglich ein einziger Analog/Digital-Wandler vorgesehen ist, der im Zeitmultiplex arbeitet. Vorzugsweise weisen die von dem bzw. den Analog/Digital-Wandler umgesetzten Digitalwerte eine Genauigkeit von 12 bit auf.The base stop frequency for the ballast can be specified by a connectable to the control or regulating circuit reference resistance whose size is determined by a provided in the control or regulating circuit analog / digital converter, which after connecting an internal power source, converts the voltage dropping across this reference resistor into a digital value also consisting of at least 2 bits. If the control circuits for the inverter and the intermediate circuit voltage are also digital in the manner described above, a further reduction of the components can be achieved by merely converting in control or regulation circuit the detected operating parameters and the voltage drop across the reference resistor a single analog / digital converter is provided which operates in time division multiplex. Preferably, the digital values converted by the analog / digital converter have an accuracy of 12 bits.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts; 1 a first embodiment of a ballast according to the invention;

2 die Kennlinien einer Leuchtstofflampe bei zwei verschiedenen Temperaturen; 2 the characteristics of a fluorescent lamp at two different temperatures;

3 eine Grafik zur Verdeutlichung der Schwierigkeiten bei der Festlegung der Stoppfrequenz; und 3 a graph illustrating the difficulties in determining the stop frequency; and

4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts. 4 A second embodiment of a ballast according to the invention.

Das in 1 dargestellte elektronische Vorschaltgerät ist eingangsseitig über ein Hochfrequenzfilter 1 an die Netzversorgungsspannung U₀ angeschlossen. Am Ausgang des Hochfrequenzfilters 1 befindet sich eine Gleichrichterschaltung 2 in Form eines Vollbrückengleichrichters, welche die Netzversorgungsspannung U₀ in eine gleichgerichtete Eingangsspannung für die Glättungsschaltung 3 umsetzt. Die Glättungsschaltung 3 dient zur Oberwellenfilterung und Glättung der gleichgerichteten Eingangsspannung und umfasst einen Glättungskondensator C1 sowie einen eine Induktivität L1, einen steuerbaren Schalter in Form eines MOS-Feldeffekttransistors S1 und eine Diode D1 aufweisenden Hochsetzsteller. Anstelle des hier dargestellten Hochsetzstellers können auch andere bekannte Glättungsschaltungen verwendet werden.This in 1 illustrated electronic ballast is the input side via a high-frequency filter 1 connected to the mains supply voltage U ₀ . At the output of the high frequency filter 1 there is a rectifier circuit 2 in the form of a full-bridge rectifier, which converts the mains supply voltage U ₀ into a rectified input voltage for the smoothing circuit 3 implements. The smoothing circuit 3 is used for harmonic filtering and smoothing the rectified input voltage and includes a smoothing capacitor C1 and a inductor L1, a controllable switch in the form of a MOS field effect transistor S1 and a diode D1 having boost converter. Instead of the boost converter illustrated here, other known smoothing circuits can also be used.

Durch ein entsprechendes Schalten des MOS-Feldeffekttransistors S1 wird eine über den sich an die Glättungsschaltung 3 anschließenden Speicherkondensator C2 anliegende Zwischenkreisspannung U_z erzeugt, die dem Wechselrichter 4 zugeführt wird. Dieser Wechselrichter 4 besteht aus zwei in einer Halbbrückenanordnung angeordneten MOS-Feldeffekttransistoren S2 und S3. Durch ein alternierendes hochfrequentes Ansteuern der beiden Feldeffekttransistoren S2, S3 wird am Mittelpunkt der Halbbrücke eine Wechselspannung erzeugt, die dem Lastkreis 5 mit der daran angeschlossenen Gasentladungslampe LA zugeführt wird. Bei der Gasentladungslampe LA handelt es sich insbesondere um eine Leuchtstoffröhre.By a corresponding switching of the MOS field-effect transistor S1 is an over which to the smoothing circuit 3 subsequent storage capacitor C2 applied intermediate circuit voltage U _z generated that the inverter 4 is supplied. This inverter 4 consists of two arranged in a half-bridge arrangement MOS field effect transistors S2 and S3. By an alternating high-frequency driving of the two field effect transistors S2, S3, an alternating voltage is generated at the midpoint of the half-bridge, which is the load circuit 5 is supplied with the connected gas discharge lamp LA. The gas discharge lamp LA is in particular a fluorescent tube.

Das Ansteuern der drei MOS-Feldeffekttransistoren S1–S3 der Glättungsschaltung 3 und des Wechselrichters 4 erfolgt durch eine Steuer- oder Regelschaltung 6, die entsprechende Steuerinformationen erzeugt und an eine Treiberschaltung 7 übermittelt, die diese Steuerinformationen in entsprechende Steuersignale für die Gates der drei MOS-Feldeffekttransistoren S1–S3 umsetzt. Die Steuerinformationen werden dabei anhand von Betriebsparametern, die der Glättungsschaltung und dem Wechselrichter 4 bzw. dem Lastkreis 5 entnommen werden, ermittelt. Dabei wird zum einen die über den Speicherkondensator C2 abfallende Zwischenkreisspannung U_z bestimmt, zum anderen wird über einen am Fußpunkt der Halbbrücke des Wechselrichters 4 angeordneten Shunt-Widerstand R1 die über diesen Widerstand R1 abfallende Spannung bzw. der mittlere Halbbrückenstrom und damit letztendlich die der Lampe LA zugeführte Leistung bestimmt.The driving of the three MOS field-effect transistors S1-S3 of the smoothing circuit 3 and the inverter 4 is done by a control or regulating circuit 6 , which generates corresponding control information and to a driver circuit 7 which converts this control information into corresponding control signals for the gates of the three MOS field-effect transistors S1-S3. The control information is based on operating parameters, the smoothing circuit and the inverter 4 or the load circuit 5 taken, determined. In this case, on the one hand, the drop across the storage capacitor C2 DC link voltage U _{z is} determined, on the other hand, via a at the base of the half-bridge of the inverter 4 arranged shunt resistor R1 determines the falling across this resistor R1 voltage or the average half-bridge current and thus ultimately the lamp LA supplied power.

Innerhalb der Steuer- oder Regelschaltung 6 werden zwei Regelkreise gebildet, einer für die Zwischenkreisspannung U_z und einer für die Lampenleistung. Die Zwischenkreisspannung U_z wird dabei von einem ersten Analog/Digital-Wandler ADC1 in einen digitalen Wert umgesetzt, der einem ersten digitalen Rechenblock 8 zugeführt wird. Dieser Rechenblock 8 berechnet anhand des von dem Analog/Digital-Wandlers ADC1 erhaltenen Istwerts der Zwischenkreisspannung U_z eine geeignete Schaltfrequenz für den MOS-Feldeffekttransistor S1 des Hochsetzstellers. Diese Frequenz wird an die Treiberschaltung 7 übermittelt, die das Gate des Transistors S1 dementsprechend ansteuert. Auf diese Weise wird die Zwischenkreisspannung U_z auf einem bestimmten Wert konstant gehalten.Within the control or regulating circuit 6 two control loops are formed, one for the intermediate circuit voltage U _z and one for the lamp power. In this case, the intermediate circuit voltage U _z is converted by a first analog / digital converter ADC 1 into a digital value which corresponds to a first digital arithmetic block 8th is supplied. This computational block 8th calculated on the basis of the received from the analog / digital converter ADC1 actual value of DC link voltage U _z a suitable switching frequency for the MOS field effect transistor S1 of the boost converter. This frequency is sent to the driver circuit 7 transmitted, which drives the gate of the transistor S1 accordingly. In this way, the intermediate circuit _voltage U _{z is} kept constant at a certain value.

Die über den Shunt-Widerstand R1 am Fußpunkt der Halbbrücke abfallende Spannung wird von einem zweiten Analog/Digital-Wandler ADC2 umgesetzt und einem Vergleichsblock 9 zugeführt. Dieser – ebenfalls digital arbeitende – Vergleichsblock 9 vergleicht den aktuellen Istwert der Lampenleistung mit einem vorgegebenen Referenzwert P_ref und bestimmt anhand des Vergleichsergebnisses, ob die Frequenz des Wechselrichters 4 erhöht oder reduziert werden muss, um die Lampe LA mit der gewünschten Leistung zu betreiben. Diese Information wird über einen später noch näher beschriebenen Logikblock 10 an einen Ausgabeblock 11 übermittelt, der entsprechende Steuerinformationen an die Treiberschaltung 7 abgibt, die wiederum die beiden MOS-Feldeffekttransistoren S2 und S3 des Wechselrichters 4 ansteuert. Auf diese Weise wird die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 4 derart eingestellt, dass die Lampe LA bei der gewünschten Leistung betrieben wird.The voltage drop across the shunt resistor R1 at the base of the half-bridge is converted by a second analog-to-digital converter ADC2 and a comparison block 9 fed. This - also digitally working - comparison block 9 compares the current actual value of the lamp power with a predetermined reference value P _ref and determines, based on the comparison result, whether the frequency of the inverter 4 must be increased or decreased to operate the lamp LA with the desired performance. This information is via a logic block described in more detail later 10 to an output block 11 transmits the corresponding control information to the driver circuit 7 which in turn outputs the two MOS field-effect transistors S2 and S3 of the inverter 4 controls. In this way, the operating frequency of the inverter 4 set so that the lamp LA is operated at the desired power.

Wie eingangs bereits erläutert wurde, soll die Frequenz des Wechselrichters 4 einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreiten, um zu hohe Ströme in dem Vorschaltgerät und der Lampe LA zu vermeiden. Diese Stoppfrequenz wird durch einen externen Referenz-Widerstand R2 bestimmt, der an die Steuer- oder Regelschaltung 6 angeschlossen wird. Die Höhe des Widerstands R2 ist ein Maß für die Stoppfrequenz f_stop. Sie wird dadurch bestimmt, dass der Anschluss des Widerstands R2 mit einer in der Steuer- oder Regelschaltung 6 vorgesehenen internen Stromquelle I_s über einen Schalter S4 verbunden wird. Die daraufhin über den Widerstand R2 abfallende Spannung wird von einem dritten Analog/Digital-Wandler ADC3 umgesetzt.As already explained, the frequency of the inverter should be 4 should not fall below a certain minimum value in order to avoid excessive currents in the ballast and the lamp LA. This stop frequency is determined by an external reference resistor R2 connected to the control circuit 6 is connected. The height of the resistor R2 is a measure of the _stop frequency f _stop . It is determined by the fact that the connection of the resistor R2 with one in the control or regulating circuit 6 provided internal power source I _{s is} connected via a switch S4. The voltage which then drops across the resistor R2 is converted by a third analog / digital converter ADC3.

Um die gewünschte Strombegrenzung zu erreichen, wurde in den digitalen Regelkreis für die Lampenleistung der Logikblock 10 eingefügt, dem zum einen das von dem Vergleichsblock 9 zugeführte Ergebnis und zum anderen der von dem dritten Analog/Digital-Wandler ADC3 ermittelte Wert, der ein Maß für die Stoppfrequenz ist, zugeführt werden. Der Logikblock 10 ermittelt nun, ob die von dem Vergleichsblock 9 ermittelte Betriebsfrequenz f_run oberhalb oder unterhalb der Stoppfrequenz f_stop liegt. Liegt die Betriebsfrequenz f_run der Stoppfrequenz f_stop, so wird sie unverändert an den Ausgabeblock 11 übermittelt, der mit Hilfe der Treiberschaltung 7 den Wechselrichter 4 ansteuert. In diesem Fall beeinflusst somit die Stoppfrequenz f_stop den Regelvorgang für die Lampenleistung nicht.In order to achieve the desired current limitation, the logic block was incorporated in the digital lamp power control circuit 10 inserted, on the one hand of the comparison block 9 on the other hand, the value determined by the third analog / digital converter ADC3, which is a measure of the stop frequency, can be supplied. The logic block 10 now determines whether the of the comparison block 9 determined operating frequency f _{run is} above or below the _stop frequency f _stop . If the operating frequency f _{run is} the _stop frequency f _stop , it remains unchanged at the output block 11 transmitted by means of the driver circuit 7 the inverter 4 controls. In this case, therefore, the _stop frequency f _stop does not affect the control operation for the lamp power.

Liegt allerdings die von dem Vergleichsblock 9 zum Einstellen der gewünschten Lampenleistung ermittelte Betriebsfrequenz f_run unterhalb der Stoppfrequenz f_stop, so wird anstelle dieser Betriebsfrequenz f_run die Stoppfrequenz f_stop an den Ausgabeblock 11 übermittelt. In diesem Fall gibt die Stoppfrequenz f_stop den maximalen Strom vor, bei dem die Lampe LA betrieben wird. Der Regelkreis wechselt nunmehr in einen Zustand über, in dem das Vorschaltgerät eine Konstantstromquelle für die Lampe LA darstellt, wodurch das Auftreten von zu hohen Strömen und eine Beschädigung des Vorschaltgeräts vermieden wird.However, this is due to the comparison block 9 to set the desired lamp power operating frequency f _run below the _stop frequency f _stop , so instead of this operating frequency f _run the _stop frequency f _stop to the output block 11 transmitted. In this case, the _stop frequency f _stop indicates the maximum current at which the lamp LA is operated. The control loop now changes to a state in which the ballast is a constant current source for the lamp LA, whereby the occurrence of excessive currents and damage to the ballast is avoided.

Wie zuvor erwähnt wurde, wird der Referenz-Widerstand R2 derart ausgelegt, dass die durch ihn vorgegebene Stoppfrequenz f_stop ausreichend unterhalb der bei normalen Betriebstemperaturen für die gewünschte Lampenleistung notwendigen Betriebsfrequenz f_run liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass in jedem Fall ein regulärer Lampenstart durchgeführt werden kann und die Strombegrenzung nicht bereits bei Betriebsbeginn einsetzt.As previously mentioned, the reference resistor R2 is designed such that the _stop frequency f _stop predetermined by it is sufficiently below the operating frequency f _run required for normal operating temperatures for the desired lamp power. This ensures that in each case a regular lamp start can be performed and the current limit is not already used at start of operation.

Erst bei einem Anstieg der Temperatur der Lampe LA oder des Vorschaltgeräts soll die Stoppfrequenz f_stop angehoben werden, um ein rechtzeitiges Einsetzen der Strombegrenzung zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, dass der in der Steuer- oder Regelschaltung 6 vorgesehene zentrale Taktgeber 12 temperaturabhängig ausgebildet wird. Dieser Taktgeber 12 übermittelt an sämtliche Komponenten der Steuer- oder Regelschaltung 6 ein Taktsignal um ein synchrones Arbeiten der verschiedenen Einheiten zu ermöglichen. Insbesondere wird dieses Taktsignal auch an den Ausgabeblock 11 des Regelkreises für die Lampenleistung übermittelt, der dieses Taktsignal auch dazu verwendet, den von dem Logikblock 10 erhaltenen Frequenzwert, der in digitaler Form vorliegt, in entsprechende hochfrequente Steuersignale für die Treiberschaltung 7 umzusetzen. Da der Taktgeber 12 temperaturabhängig arbeitet gilt für die Frequenz f_basis des von ihm an alle Komponenten der Steuer- oder Regelschaltung 6 übermittelten Taktsignals: f_basis = f_basis,0 – TK×(T - T₀) Only with an increase in the temperature of the lamp LA or the ballast, the _stop frequency f _{stop to be} raised to allow timely insertion of the current limit. This is achieved by the fact that in the control or regulating circuit 6 provided central clock 12 is formed temperature-dependent. This clock 12 transmitted to all components of the control or regulating circuit 6 a clock signal to allow synchronous operation of the various units. In particular, this clock signal is also sent to the output block 11 of the lamp power control circuit which also uses this clock signal from that of the logic block 10 received frequency value, which is in digital form, in corresponding high-frequency control signals for the driver circuit 7 implement. Since the clock 12 temperature-dependent works applies to the frequency f _base of him to all components of the control or regulating circuit 6 transmitted clock signal: f _basis = f _{basis, 0} - TK × (T - T ₀ )

Die Frequenz f_basis,0 stellt dabei die Frequenz des von dem Taktgeber 12 erzeugten Taktsignals bei Normaltemperatur T₀ dar. Da die Frequenz f_basis des Taktsignals zugleich die Grundfrequenz darstellt, aus der der Ausgabeblock 11 die Steuersignale für die Treiberschaltung 7 ableitet, gilt die gleiche Temperaturabhängigkeit auch für die von der Steuer- oder Regelschaltung 6 an die Treiberschaltung 7 übermittelten Signale. Insbesondere bedeutet dies, dass für den Fall, dass von dem Logikblock 10 die von dem Analog/Digital-Wandler ADC3 erhaltene Stoppfrequenz an den Ausgabeblock 11 übermittelt wird, für die Stoppfrequenz gilt: f_stop = f_stop,0 – TK × (T – T₀) The frequency f _{base, 0} represents the frequency of the clock 12 generated at normal temperature T _0. Since the frequency f _{base of} the clock signal at the same time represents the fundamental frequency from which the output block 11 the control signals for the driver circuit 7 derived, the same temperature dependence also applies to that of the control or regulating circuit 6 to the driver circuit 7 transmitted signals. In particular, this means that in the event that of the logic block 10 the stop frequency received from the analog-to-digital converter ADC3 to the output block 11 is transmitted for the stop frequency: f _stop = f _{stop, 0} - TK × (T - T ₀ )

Die Temperaturabhängigkeit des Taktgebers 12 hat somit zur Folge, dass die tatsächlich verwendete Stoppfrequenz mit steigender Temperatur ansteigt.The temperature dependence of the clock 12 thus has the consequence that the stop frequency actually used increases with increasing temperature.

Die hier dargestellte Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Anstieg der Stoppfrequenz auf besonders einfache und elegante Weise erreicht wird. Das temperaturabhängige Verhalten des Taktgebers 12 kann ohne größeren Aufwand erreicht werden. Selbstverständlich besteht allerdings auch die Möglichkeit, andere Maßnahmen zu treffen, die einen Anstieg der Stoppfrequenz bei steigender Temperatur gewährleisten.The solution presented here is characterized in that the increase of the stop frequency is achieved in a particularly simple and elegant way. The temperature-dependent behavior of the clock 12 can be achieved without much effort. Of course, however, it is also possible to take other measures that ensure an increase in the stop frequency with increasing temperature.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Taktgeber 12 beispielsweise temperaturstabil ausgebildet, so dass er eine von der Temperatur unabhängige Basisfrequenz liefert. Zusätzlich ist nun allerdings ein weiterer Analog/Digital-Wandler ADC4 vorgesehen, der eine bewusst temperaturabhängig gestaltete interne Referenzspannung V_ref misst und die dabei erhaltene Temperaturinformation dem Logikblock 10 zuführt. Dieser bestimmt anhand dieser Temperaturinformation eine geeignete Stopfrequenz und berücksichtigt diese in der oben beschriebenen Weise bei der Übermittlung der von dem Vergleichsblock 9 ermittelten Betriebsfrequenz an den Ausgabeblock 11. Erfindungsgemäß steigt dabei die von dem Logikblock 10 auf Basis der Temperaturinformation bestimmte Stopfrequenz mit steigender Temperatur an.At the in 4 illustrated embodiment is the clock 12 For example, formed thermally stable so that it provides a temperature independent of the base frequency. In addition, however, a further analog / digital converter ADC4 is now provided which measures a deliberately temperature-dependent designed internal reference voltage V _ref and the temperature information obtained thereby the logic block 10 supplies. This determines based on this temperature information a suitable stop frequency and takes into account in the manner described above in the transmission of the comparison block 9 determined operating frequency to the output block 11 , According to the invention, that of the logic block increases 10 based on the temperature information certain stop frequency with increasing temperature.

Die in den vorliegenden Ausführungsbeispielen dargestellte digitale Ausgestaltung der Steuer- oder Regelschaltung 6 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine weitgehende Integration der gesamten Schaltung. Die Integration kann weiter dadurch erhöht werden, dass lediglich ein einziger Analog/Digital-Wandler verwendet wird, der zum Umsetzen der verschiedenen Eingangssignale im Zeitmultiplex arbeitet. Der bzw. die Analog/Digital-Wandler bilden dabei vorzugsweise Digitalwerte mit einer Genauigkeit von 12 bit, so dass eine sehr präzise Regelung der Zwischenkreisspannung und der Lampenleistung erhalten wird. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, die Schaltung als sogenannte anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit – ASIC) auszubilden.The illustrated in the present embodiments digital embodiment of the control or regulating circuit 6 advantageously allows extensive integration of the entire circuit. The integration can be further enhanced by using only a single analog-to-digital converter which operates to time-multiplex the various input signals. The analog / digital converter (s) preferably form digital values with an accuracy of 12 bits, so that a very precise regulation of the intermediate circuit voltage and the lamp power is obtained. In particular, it is also possible to design the circuit as a so-called application-specific integrated circuit (ASIC).

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet somit einen zuverlässigen Betrieb des elektronischen Vorschaltgerätes, bei dem sichergestellt ist, dass die gewünschte Strombegrenzung zum Vermeiden von Schäden rechtzeitig eintritt. Darüber hinaus werden die Herstellungskosten für das Vorschaltgerät reduziert, da für die Realisierung einer zuverlässig funktionierenden Strombegrenzung kein zusätzlicher Abgleich bei der Herstellung notwendig ist.The solution according to the invention thus ensures reliable operation of the electronic ballast, in which it is ensured that the desired current limit occurs in time to avoid damage. In addition, the production costs for the ballast are reduced because no additional adjustment in the production is necessary for the realization of a reliably functioning current limit.

Claims

Electronic ballast for at least one gas discharge lamp (LA), with a rectifier circuit connectable to a supply voltage source ( 2 ), one to the output of the rectifier circuit ( 2 ) connected smoothing circuit ( 3 ) for generating an intermediate circuit voltage (UZ) and an inverter fed with the intermediate circuit voltage (UZ) ( 4 ), which has a half bridge and at whose output a connections for the lamp (LA) containing load circuit ( 5 ) is connected, as well as with a control or regulating circuit ( 6 ), which correspond to an operating parameter of the inverter corresponding to the power of the lamp (LA) ( 4 ) or the load circuit ( 5 ) and, depending on the detected operating parameter, the operating frequency (f _run ) of the inverter ( 4 ), characterized in that the control circuit ( 6 ) detects the voltage drop across a resistor (R1) located at the base of the half-bridge, and that the control circuit comprises an analog-to-digital converter (ADC2) for converting the detected operating parameter into a digital value consisting of at least 2 bits based on this Digital value in a comparison block ( 9 ) an operating frequency (frun) for operating the inverter ( 4 ) and to a driver circuit ( 7 ), which converts this switching information into corresponding control signals for driving the inverter ( 4 ), wherein the operating frequency (frun) is limited downwards by a stop frequency (fstop), and wherein the stop frequency increases with increasing temperature.

An electronic ballast according to claim 1, wherein the variation of the operating frequency (f _run ) of the inverter is limited down by a stop frequency (f _stop ).

Electronic ballast according to claim 2, wherein the stop frequency (f _stop ) - starting from a base _stop frequency (f _{stop, 0} ) - increases with increasing temperature.

Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter ( 4 ) is formed by two controllable switching elements (S2, S3) arranged in a half-bridge arrangement and the control or regulating circuit ( 6 ) detects the current flowing across the half-bridge.

Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) the operating frequency (f _run ) for the inverter ( 4 ) determined based on a comparison of the detected operating parameter with a reference value.

Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) first, in dependence on the detected operating parameter, an operating frequency (f _run ) for the inverter ( 4 ), then comparing the determined operating frequency (f _run ) with the stop frequency (f _stop ) and the inverter ( 4 ) depending on the comparison result either with the determined operating frequency (f _run ) or the stop frequency (f _stop ) drives.

Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) the control signals for the inverter ( 4 ) derived from a fundamental frequency (f _base ), wherein the fundamental frequency (f _base ) increases with increasing temperature.

Electronic ballast according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) determines the current temperature and determines the _stop frequency (f _stop ) on the basis of the obtained temperature information.

Electronic ballast according to claim 8, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) for determining the temperature, a temperature-dependent reference voltage (V _ref ) detected.

Electronic ballast according to claim 1, characterized in that the smoothing circuit ( 3 ) is formed by a switching regulator and the control or regulating circuit ( 6 ) at least one operating parameter (U _z ) of the smoothing circuit ( 3 ) and controls a controllable switch (S1) of the switching regulator as a function of the value of the detected operating parameter (U _z ), wherein the control or regulating circuit ( 6 ) has at least one further analog / digital converter (ADC1) for converting the detected operating parameter (U _z ) into a digital value consisting of at least 2 bits, and wherein the control or regulating circuit ( 6 ) based on this digital value in a digital computational block ( 7 ) a switching information for operating the controllable switch (Si) of the switching regulator and calculated to the driver circuit ( 7 ), which converts this switching information into a corresponding control signal for driving the switch (S1).

Electronic ballast according to claim 10, characterized in that the base _stop frequency (f _{stop, 0} ) by a to the control or regulating circuit ( 6 ) connectable reference resistor (R2) can be predetermined, the size of a reference in the control or regulating circuit ( 6 ), which, after the connection of an internal current source (I _s ), converts the voltage dropped across the reference resistor (R2) into a digital value consisting of at least 2 bits.

Electronic ballast according to one of claims 10 or 11, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) for converting the detected operating parameters and the voltage drop across the reference resistor (R2) has a single time-divisional analog-to-digital converter.

Electronic ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating circuit ( 6 ) is designed as an application-specific integrated circuit (ASIC).