DE102005006716A1

DE102005006716A1 - Dimming control circuit for a fluorescent lamp has AC/DC converter and digital control circuit connected to half bridge with connection to lamp circuit

Info

Publication number: DE102005006716A1
Application number: DE102005006716A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Meyer
Original assignee: REVOLUX GmbH
Current assignee: Kk Elektrotechnik 71522 Backnang De GmbH
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-02-23

Abstract

The control circuit for a fluorescent lamp has an AC/DC converter (AC/DC Wandler) with line (L), neutral (N) and earth (PE) connections to a radio interference removal circuit (Funkentsorgung). This is connected to a rectifier (Gleichrichter) and a PFC control (PFC). The converter is in contact with a signal preparation circuit (Signal- aufbereitung), a digital control circuit (Digitale Steuer ---) and a half bridge (Halbbrucke). The half bridge is connected to a lamp circuit (Lampenkreis) with a resonance circuit Resonanz-kreis and a fluorescent lamp (Lampe). The lamp circuit is connected to a signal preparation circuit (Signal- aufbereitung).

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen.The The invention relates to a digital electronic ballast for fluorescent lamps.

Es wurde ein hochintegriertes, digitales, elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für Leuchtstofflampen, eine neue Generation von smarter EVGs konzipiert und entwickelt. Das digitale EVG bietet viele Vorteile und eröffnet neue Anwendungsbereiche im Vergleich zu den herkömmlichen, analogen EVGs. Aufwendige, externe Peripherie und die damit verbundenen Herstellungskosten können eingespart werden. Es besteht die Möglichkeit, neue Funktionen zu integrieren, die analog nicht lösbar oder nur mit einem erheblichen Bauteilaufwand realisierbar sind, beispielsweise die geregelte Wendelvorheizung oder Lampenerkennung. Ein weiterer Vorteil ist die große Flexibilität des digitalen EVGs. Durch bloße programmierte Änderung der an unterschiedliche Lampentypen und an unterschiedliche Resonanzkreise angepassten digital einstellbaren Betriebsparameter kann der integrierte Mikrocontroller steuern und regeln. Somit kann derselbe Mikrocontrollertyp in verschiedenen digitalen EVGs eingesetzt werden, womit ein breites Spektrum an EVGs abgedeckt werden kann.It became a highly integrated digital electronic ballast (ECG) for fluorescent lamps, designed and developed a new generation of smart electronic ballasts. The digital electronic ballast offers many advantages and opens up new application areas in the Compared to the conventional, analog ECGs. Elaborate, external peripherals and the associated Production costs can be saved. It is possible to add new features integrate, the analog not solvable or can be realized only with a considerable component cost, for example the regulated spiral preheating or lamp detection. Another Advantage is the great flexibility of the digital ECGs. By mere programmed change the different types of lamps and different resonant circuits adjusted digitally adjustable operating parameters, the integrated Control and regulate microcontrollers. Thus, the same microcontroller type can be used be used in various digital electronic ballasts, bringing a broad Spectrum of ECGs can be covered.

1 zeigt den Aufbau eines digitalen EVGs und veranschaulicht die Schnittstellen zwischen den analogen und den digital realisierbaren Funktionen. Die analogen Kompo nenten bestehen aus dem AC-DC-Wandler, der Halbbrücke, dem Lampenkreis und der Signalaufbereitung. 1 shows the structure of a digital ECG and illustrates the interfaces between the analog and the digitally realizable functions. The analog compo- nents consist of the AC-DC converter, the half-bridge, the lamp circuit and the signal conditioning.

Die digitale Komponente des EVGs bildet die Steuer- und Regeleinheit. Diese basiert auf einem Mikrocontroller in Verbindung mit Treibern für die Leistungstransistoren. Der Mikrocontroller koordiniert alle digitalen Funktionen und übernimmt das Lampenmanagement. Eine große Anzahl an digitalen Funktionen ist in den Prozessor integrierbar. Einen Überblick über die möglichen, digital realisierbaren Funktionen zeigt 2.The digital component of the TOE is the control unit. This is based on a microcontroller in conjunction with drivers for the power transistors. The microcontroller coordinates all digital functions and takes over the lamp management. A large number of digital functions can be integrated into the processor. An overview of the possible, digitally realizable functions shows 2 ,

Es wurde ein digitales EVG zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen des Typs T5 FH 14W...35W aufgebaut. Die digitalen Funktionen, die entwickelt, realisiert und erprobt wurden, sind in 2 weiß hinterlegt.A digital ECG for the operation of low-pressure discharge lamps of the type T5 FH 14W ... 35W was set up. The digital functions that have been developed, realized and tested are in 2 white background.

Die derzeitig entwickelten und realisierbaren Funktionen sind:

• Digitale Ansteuerung der Halbbrücke: Der Mikrocontroller generiert die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale für die Halbbrückentransistoren.
• Intelligente Zündung: Eine Verlängerung der Lampenlebensdauer wird mit einer strom- und spannungsüberwachten Wendelvorheizung und mit einem zuverlässigen, lampenschonenden und von Bauteiltoleranzen unabhängigen Lampenzündablauf sichergestellt.
• Lampenstrom- und Wirkleistungsbestimmung: Der Prozessor erfaßt, speichert und verarbeitet die Betriebszustände wie Lampenstrom, Lampenspannung und Wirkleistung.
• Erkennung kritischer Betriebszustände und Lampendefekten: Eine hohe Sicherheit wird mit der Überwachung kritischer Betriebszustände und den notwendigen Schutzabschaltung der Ansteuersignale erreicht.
• Fehlererkennung und Meldung: Eine Meldung des erfaßten Fehlerzustands (Überstrom, Überspannung, nicht gezündete Lampe, Gleichrichtereffekt etc.) kann beispielsweise über die Bedienoberfläche angezeigt werden und erleichtert somit die Fehlerbehebung.
• Lampenstrom- und Leistungsregelung: Der Controller verfügt über einen digitalen Regelalgorithmus, mit dem ein digital geregelter Lampenbetrieb für einen stufenlosen Dimmbereich von 1...100 des Nennlichtstroms gewährleistet wird. Die Regelung kann auf die verschiedenen Regelgrößen, wie Lampenstrom und Wirkleistung, erfolgen
• Standby-Betrieb: Zusätzlich kann eine Energieeinsparung mit einem Standby-Betrieb erzielt werden, der nicht viel mehr als den minimalen Ruhestrom des Prozessors benötigt.
• Digitale Kommunikation: Eine digitale Kommunikation ist über eine Bedienoberfläche am PC möglich. Hierbei werden Betriebsparameter des EVGs digital eingestellt, die Dimmstufe und sonstige Parameter vorgegeben und Fehlerursachen sowie Betriebszustände angezeigt.

The currently developed and realizable functions are:

• Digital activation of the half bridge: The microcontroller generates the pulse width modulated drive signals for the half bridge transistors.
• Intelligent ignition: An extension of the lamp life is ensured with a current- and voltage-monitored coil preheating and with a reliable, lamp-saving and component tolerances independent lamp ignition.
• Lamp Current and Active Power Determination: The processor captures, stores and processes operating conditions such as lamp current, lamp voltage and active power.
• Detection of critical operating states and lamp defects: High safety is achieved by monitoring critical operating states and the necessary protective shutdown of the control signals.
• Error detection and message: A message of the detected error status (overcurrent, overvoltage, unilluminated lamp, rectifier effect, etc.) can be displayed, for example, via the user interface, thus facilitating troubleshooting.
• Lamp current and power control: The controller has a digital control algorithm that provides digitally controlled lamp operation for a continuous dimming range of 1 ... 100 of the rated luminous flux. The control can be done on the different control variables, such as lamp current and active power
• Standby mode: In addition, energy savings can be achieved with a standby mode that does not require much more than the minimum standby current of the processor.
• Digital communication: Digital communication is possible via a user interface on the PC. Here, the operating parameters of the electronic ballast are set digitally, the dimming level and other parameters are specified and causes of faults and operating states are displayed.

Die grau hinterlegten Blöcke weisen auf die offenen Optionen, die zukünftig von großem Interesse sein werden. Diese müssen noch unter Berücksichtigung von bestehenden Patentansprüchen konzipiert, entwickelt und erprobt werden.

• PFC-Steuerung: Mit der digitalen Implementierung der Leistungsfaktorkorrektur-Regelung (PFC), welche die Zwischenkreisspannung stabilisiert und eine sinusförmige Netzstromaufnahme gewährleistet, wird der analoge PFC-Baustein, welcher in den bisherigen EVGs notwendig ist, eingespart.
• Powermanagement: Darauf aufbauend kann in den Prozessor ein Powermanagement integriert werden.
• Digitales Ansteuersignal- Der Microcontroller generiert das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal für den Schalttransistor des AC-DC-Wandlers.
• Betriebszustands-Bestimmung: Der Prozessor erfaßt, speichert und verarbeitet die Betriebszustände, wie Temperatur, Zwischenkreisspannung, etc.
• Lichtstrom-Regelung Die Regelung kann den Lichtstrom erfolgen. Der Dimmbetrieb mit einer Lichtstrom- Regelung ist unabhängig von großen Temperaturschwankungen und wird ohne die Verwendung von zusätzlichen Photosensoren ausgeführt.
• Angepaßte Wendelvorheizung: Die Wirtschaftlichkeit kann mit einer an die Dimmstufe angepaßten Wendelvorheizung verbessert werden.
• Wendelwiderstands-Erfassung- Die Implementierung einer Vorheizstrom- oder Wendelwiderstandserfassung ermöglicht einen optimal abgestimmten Wendelheizbetrieb, womit die Lampenlebensdauer erhöht und eine Energieeinsparung erreicht werden kann.
• Digitale Lampenerkennung: Mit der digitalen Lampenerkennung können verschiedene Lampentypen mit demselben EVG betrieben und gedimmt werden.
• Kommunikation über Bus-Systeme: Eine digitale Kommunikation ist über BUS-Systeme (DALI) möglich.

The gray blocks indicate the open options, which will be of great interest in the future. These must be designed, developed and tested in consideration of existing patent claims.

• PFC control: With the digital implementation of the power factor correction control (PFC), which stabilizes the DC link voltage and ensures a sinusoidal mains current consumption, the analogue PFC module that is necessary in the previous ECGs is saved.
• Power management: Based on this a power management can be integrated into the processor.
• Digital control signal- The microcontroller generates the pulse width modulated drive signal for the switching transistor of the AC-DC converter.
• Operating state determination: The processor acquires, stores and processes the operating states, such as temperature, DC link voltage, etc.
• Luminous flux control The regulation can be the luminous flux. The dimming operation with a luminous flux control is independent of large temperature fluctuations and is without the Ver use of additional photosensors.
• Adapted spiral preheating: The economic efficiency can be improved with a spiral preheat adapted to the dimming level.
• Coil Resistance Detection - Implementing a preheat current or filament resistance sense allows for optimally tuned helical heater operation, increasing lamp life and saving energy.
• Digital Lamp Detection: With digital lamp detection, different lamp types can be operated and dimmed with the same ECG.
• Communication via bus systems: Digital communication is possible via BUS systems (DALI).

Erst mit der Implementierung aller digitalen Funktionen entsteht ein intelligentes bzw. smartes, digitales EVG der Zukunft, welches es mit diesen anspruchsvollen Features am heutigen Markt noch nicht gibt. Die signifikante Schnittstelle zwischen den analogen und digitalen Funktionen ist die analoge Signalaufbereitung, welche die Messsignale soweit modifiziert, daß die digitale Steuer- und Regeleinheit die aufbereiteten Signale verarbeiten kann. Der Modifikationsgrad der Signale hat einen entscheidenden Einfluss auf das zukünftige Mikrocontroller-Profil. Das angestrebte smarte EVG sollte mit einem Minimum an externen Komponenten auskommen.First with the implementation of all digital functions arises intelligent or smart, digital electronic ballast of the future, which it not yet with these sophisticated features on the market today gives. The significant interface between the analog and digital Functions is the analog signal conditioning, which the measurement signals modified so far that the digital control unit to process the processed signals can. The degree of modification of the signals has a decisive influence on the future Microcontroller profile. The intended smart electronic ballast should with a Minimum of external components.

Die digitalen Funktionen sind jede für sich in die momentan verfügbaren Mikrocontroller implementierbar. Das Zusammenspiel aller Funktionen in einem Prozessor benötigt ein neues Controller-Design. Die Projektziele sind die Entwicklung von Konzepten, Schaltungen und Software für ein dimmbares digitales EVG zum Betrieb von Leuchtstofflampen sowie die Spezifikation des Anforderungsprofils an diesen zukünftigen Mikrocontroller zur digitalen Steuerung und Regelung der smarten EVG-Generation.The digital functions are each for in the currently available Microcontroller implementable. The interaction of all functions needed in a processor a new controller design. The project goals are the development of concepts, circuits and software for a dimmable digital ballast for the operation of fluorescent lamps as well as the specification of the requirement profile at these future ones Microcontroller for digital control and regulation of the smart ECG generation.

Claims

Electronic ballast for fluorescent lamps with one AC-DC converter, a half-bridge, a lamp circuit and a digital component.

An electronic ballast according to claim 1, wherein the digital component comprises a control unit.

Electronic ballast according to claim 1 or 2, the is designed such that an error detection are performed can.