DE69928445T2

DE69928445T2 - Digitale leistungssteuerung

Info

Publication number: DE69928445T2
Application number: DE69928445T
Authority: DE
Inventors: Arie Lev; Rafael Mogilner; Daniel Rubin; Yoel Sharaby; Moshe Kalichstein
Original assignee: Systel Development and Industries Ltd
Current assignee: Systel Development and Industries Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: EP1149511B1; ATE310373T1; DE69928445D1; EP1149511A2; WO2000035252A3; WO2000035252A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Leistungssteuereinheiten und insbesondere auf eine Leistungssteuereinheit, die eine digitale Implementierung mit solchen eigenständigen Merkmalen wie automatische Abschaltung, Totzeitsteuerung, Ansteuerung in der Nähe der induktiven Seite und Glühfadenverbindungen verwendet.
Aus der Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung JP 10-303674 A ist eine Schaltung bekannt, die einen Leckstrom sperrt und die Leistungsfähigkeit eines Filters für eine Wechselstrom(AC)-Netzzuleitung verbessert. Die Schaltung besteht aus einer Drosselspule mit drei Spulen und aus einem Hochpassfilter zum Extrahieren von Rauschen. Die Stromversorgung zu der dritten Spule der Drosselspule wird in Reaktion auf die verstärkte Rauschausgabe gesteuert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Leistungssteuereinheiten sind gut bekannt und verwenden normalerweise analoge Techniken. Digitale Techniken werden dort, wo eine stetige Steuerung erwünscht ist, z.B. bei der Steuerung des Abdunkelns von Gasentladungslampen wie etwa Leuchtstofflampen in einem elektronischen Vorschaltgerät, normalerweise vermieden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine neue digitale Implementierung für Leistungssteuerungsschaltungen insbesondere zur Steuerung des Abdunkelns von Leuchtstofflampen.
Einige Beschränkungen analoger Leistungssteuersysteme sind:
I. unflexibler Ansteueralgorithmus
Die optimale Ansteuerung von Leistungsschaltern (MOSFETs, einer Bipolareinrichtung, Transistoren, Thyristoren, IGBTs und dergleichen) erfordert komplizierte Algorithmen, die auf nichtlinearen Mehrstufenfunktionen und variablen Funktionen beruhen, wobei eine Vielzahl vorgegebener Parameter als der physikalische Parameterbereich der Schaltungsanordnung gewählt werden.
Zum Beispiel sind im Fall einer Leuchtstoffeinrichtungs-Vorschaltgerät-Leistungssteuereinheit flexible Algorithmen erwünscht, um spezielle Lasten zu liefern, wenn:

a) ein kompliziertes Arbeitsregime für Leuchtstofflampen benötigt wird, das die Vorheizstartoperation einschließt.
b) nichtlineare oder spezielle Betriebsanforderungen für die Leuchtstofflampe entsprechend ihrer V/I-Arbeitskurve und in Abhängigkeit von der Abdunklungsentscheidungstabelle vorliegen, um bei allen Lichtstärken den besten Betrieb zu liefern.
c) Flexibilität erforderlich ist, um die Verwendung verschiedener Lampenkonfigurationen (Typen und Anzahlen von Lampen) und verschiedener Hauptspannungen zu ermöglichen.

II. Die Anzahl elektronischer Schaltungen erhöht sich, während sich die Anzahl der Steuerfunktionen erhöht. Falls eine Siliciumimplementierung möglich ist, erfordert sie einen hohen Siliciumzusatzaufwand.
III. Keine Entscheidungstabellen
Eine analoge Lösung stellt keine "FALLS-DANN"-Entscheidungen bereit. Sie stellt lediglich unter Verwendung analoger Komparatoren und lediglich linear vorgegebener Algorithmen "JA-NEIN"-Entscheidungen bereit. Zum Beispiel: spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) für die Frequenzmodulation (FM) oder für die Impulsbreitenmodulation (PWM) null bis maximal, Impulssteuerung usw.
IV. Keine Parametereinstellungstabellen
Dies hat im Fall eines Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräts mit verschiedenen Lampenkonfigurationen, aber auch mit vielen anderen Entscheidungen, die durch die Steuereinheit in jedem Zustand ihres Betriebs getroffen werden, zu tun. Ein spezifisches Beispiel ist das Zeitverhalten der Lampenstromschleife, das bei hoher Stärke oder bei niedriger Stärke sowie während des Übergangsbetriebs oder im stationären Betrieb verschieden ist.
KURZBESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft eine Anzahl neuer Verbesserungen, die in ein einfaches System integriert werden können oder in einigen Fällen einzeln in einer eigenständigen Schaltung verwendet werden können. Diese Verbesserungen sind:

I. Programmierbare vorgegebene feste interne Parameter können durch den Konstrukteur mittels einfacher MMI und adaptiver Regelschleifen auf das gewünschte Betriebsregime und auf die Leistungsschaltung programmiert werden, während die Leistungsschaltung vor Beschädigung geschützt wird, falls sie unter "unzulässigen" Einstellungen läuft. Diese Technik ermöglicht anstelle der in digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen (DSP-Vorrichtungen) üblichen ermüdenden und kostspieligen Prozedur, die die Programmierung dedizierter Software und die Anpassung der Steuerung an die Leistung in beiden Richtungen erfordert, eine sofortige Anpassung der Steuerung an die Leistungsschaltung.
Die obigen vorgegebenen festen internen Parameter beziehen sich auf eine Menge von Zahlen und Tabellen, die bestimmt sind für:
– Grenzwerte, Konstanten, Parameter und vorzeichenbehaftete Koeffizienten einschließlich in dem Regelschleifenalgorithmus; und
– Adressierung/Identifizierung; usw.
Beispiele des obigen sind:
1. die Normierung "realer" Signale;
2. die Erzeugung der Grenzwerte für den "FALLS-DANN"-Algorithmus.
3. die Anpassung an die Konstruktionskonfiguration und an das Arbeitsregime des Vorschaltgeräts.
II. Es werden programmierbare vorgegebene Parametertabellen der internen Leistungskonfiguration bereitgestellt.
III. Es wird eine extern programmierbare neue Parametertabelle bereitgestellt, die für eine spezifische Anwendung eingestellt werden kann, die die bereits vorhandenen Tabellen nicht verwenden kann (z.B.: eine EEPROM-Funktion).
IV. Es können Software-Ersatzmittel für analoge Schaltungen verwendet werden.
V. Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) behandelt prinzipiell eine unendliche Menge von Funktionen mit einer unbedeutenden Menge Silicium. Somit sind alle möglichen Komponenten/Schaltungen/Algorithmen auf demselben Silicium integriert. Dies schafft eine einfache, preiswerte und verbesserte Lösung mit der gesamten durch Software bereitgestellten Flexibilität. Die Integration sichert hohe Rauschfestigkeit, beseitigt Schnittstellenkomponenten zwischen Schaltungen, nutzt Schaltungselemente gemeinsam und ermöglicht eine drastische Platzverringerung.
VI. Es wird ein Gate Array bereitgestellt, das die schnellen Algorithmen oder den schnellen Abschnitt von ihnen umfasst, wie:
1. Mittelabgriff;
2. Strom null, minimaler und maximaler Strom der Leistungsfaktorkorrektur (PFC);
3. Erzeugung von Ansteuerimpulsen.
VII. Ein Mikrocomputer und das Gate Array nutzen Funktionen, die parallel ausgeführt werden, gemeinsam.
VIII. Anstelle der Verwendung des in DSPs verwendeten Superskalarprozes sors verarbeitet ein sehr einfacher Mikroprozessor alle Aufträge durch Zeitscheibenbetrieb.
IX. Ein Gate Array führt alle seine Zuweisungen parallel aus. Funktional arbeiten die Zuweisungen parallel, wobei sie für jede einzelne getrennte Gate-Array-Abschnitte oder -Blöcke benötigen.
X. Der Mikroprozessor managt unter anderem den Gate-Array-Betrieb.
XI. Das Gate Array empfängt eine Eingabe von Überwachungsnetzen und bearbeitet die Zwischenalgorithmusschutze. Im Fall der Leuchtstofflampenabdunklung wird der Auftrag unter Verwendung aller ASIC-Hauptelemente A/D, Mikroprozessor und Gate Array ausgeführt. In der beschriebenen Ausführungsform führt das Gate Array außerdem Überwachungsfunktionen aus.
XII. Der Mikroprozessor überwacht Schutze, die betrieben werden, und sorgt für Langzeitaktionen.
XIII. Im Allgemeinen werden die durch schnelle und langsame Unterfunktionen konstruierten Funktionen wie folgt behandelt: Der in dem Gate Array implementierte Algorithmus führt die schnellen Unterfunktionen aus, die schnelle Impulse oder Aktionen enthalten. Diejenigen Unterfunktionen, die eine Verarbeitung oder Aktionen erfordern, die während einer langsameren Betriebsart ausgeführt werden können, werden durch den Mikroprozessor ausgeführt. Die neue Struktur und der neue Prozess der Erfindung schaffen ein programmierbares integriertes digitales Steuermodul, das für ein Abdunklungs-Leuchtstoffeinrichtungs-Vorschaltgerät verwendet werden kann. Die Merkmale des Steuermoduls sind:
a) Es kombiniert die ASIC des abdunkelbaren elektronischen Vorschaltgeräts (DEB) mit integrierter digitaler Steuerung auf einem programmierbaren Leiterplattenprodukt für neue Konstruktionen und für eine neue Bewertung des Beleuchtungsvorschaltgeräts, die für die Produktion mit niedrigem bis mittlerem Umfang geeignet sind.
b) Eine große Anzahl "auf der Leiterplatte" programmierbarer Parameter, z.B. 14, definieren Vorheizen, absolute Lichtstärke und Abdunklungsbereich.
c) Ein EEPROM ermöglicht, dass die oben beschriebenen Steuerparameter für mehrere Lampen, verschiedene Betriebsregimes und verschiedene Anwendungen eine einzige Hardware-Plattform verwenden.
d) Integrierte vordefinierte Softwarestandardparameter für eine 2-Lampen-32 W/36 W-Lampenansteuerung für 120/230 V Wechselstromzuleitung/Netz.
e) Enthält alle Abdunklungsvorschaltgerätsteuerungen einschließlich Leistungswandlung in einer einzigen digitalen ASIC mit Mehrbetriebsartregelung und impulsweisem Brückenschutz.
f) Eine Boost-Steuerung, die Leistungsfaktoren korrigiert, mit modifizierter kritischer Betriebsart erreicht bei allen Lichtstärken den niedrigsten Gesamtoberschwingungsgehalt (THD).
g) Eine Reihenresonanzlampen-Wechselrichtersteuerung erreicht weniger als 1% Stromstärkesteuerung, wie es für Architektur-Abdunklungs-Leuchtstoffeinrichtungs-Vorschaltgeräte erforderlich ist.
h) Die Modulflexibilität beschleunigt die Produktneukonstruktion und Einsatzerprobung, was eine kundenangepasste ASIC-Softwarespezifikation, die für Vorschaltgerätprodukte in großen Mengen geeignet ist, vorwärts bringt.

In das neue System der Erfindung können eine große Anzahl weiterer Merkmale als integrale Bestandteile des Systems oder als eigenständige Merkmale, die in irgendeine Vorschaltgeräte-Steuerungsschaltung integriert werden könnten, integriert werden. Diese enthalten:

1. Eine neue Abschaltschaltung, die in Reaktion auf das Erfassen eines Gleichtakt-Hochfrequenzstroms, der einen gegebenen Wert übersteigt, die Leistung zum Vorschaltgerät abschaltet. Insbesondere ist auf die Gleichtaktdrossel eine zusätzliche Spule gewickelt, um einen Hochfrequenz-Erdschlussstrom zu erfassen und in Reaktion darauf die Leistung zu dem Vorschaltgerät abzuschalten.
2. Eine neue Schaltung, die zwei oder mehr Glühfäden von zwei oder mehr Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, so parallel schaltet, dass die Entfernung irgendeiner Lampe diese Schaltung unterbricht, während sie zulässt, dass die an die Lampe angelegte Spannung zur Abdunklung verringert wird. Insbesondere ist eine Reihen-/Parallelschaltung vorgesehen, die das Erregen der Lampenglühfäden mit einem einweggleichgerichteten Gleichstrom (DC) ermöglicht.
3. Eine Steueranordnung für Gleichstrom-Wechselstrom-Wechselrichter zum Ansteuern nichtlinearer Lasten wie etwa elektronischer Vorschaltgeräte für Hochdruck- und Niederdruck-Gasentladungslampen, resonante Stromversorgungen und Laser-Stromversorgungen und dergleichen, in denen das Steuerschema sowohl eine Modulation mit veränderlicher Impulsbreite als auch eine Frequenzmodulation verwendet, wobei die Last so nahe wie möglich bei der Resonanz, jedoch auf der induktiven Seite der Resonanz, angesteuert wird. Sowohl der Schalter der oberen Seite als auch der Schalter der unteren Seite der (Einweg- oder Zweiweg-)Brücke werden in dieser Anordnung unabhängig gesteuert.
4. Eine neue Schutzschaltung für einen (Einweg- oder Zweiweg-) Wechselrichter in Brückenschaltung, der eine resonante Last liefert, wie etwa für ein resonantes elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen, die eine Totzeit erzwingt, während der kein Schalter in Leitung angesteuert wird, ohne dass die Leistungsfähigkeit der Schaltung beschränkt wird. Der Punkt, an dem eine dynamische Totzeit beginnt, wird durch Erfassen des Punkts erfasst, an dem der Strom im Fall einer kapazitiv zeitgesteuerten Schaltung auf null zusammenbricht. Die Erfassungsschaltungen können den Induktorstrom unter Verwendung eines Stromtransformators oder eines Nebenschlusswiderstands, durch Erfassen des Stroms über die Schaltvorrichtungen, durch Erfassen der Brückenspannung oder durch Erfassen des dv/dt der Brückenspannung erfassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe geschaffen, wobei das elektronische Vorschaltgerät eine Eingangs-Wechselstrom-Schaltung, einen Gleichtaktinduktor zum Verbinden der Eingangs-Wechselstrom-Schaltung mit einem Gleichrichter in Brücken schaltung, eine einen Schalter der oberen Seite und einen Schalter der unteren Seite aufweisende Wechselrichterschaltung, die mit dem Gleichrichter in Brückenschaltung verbunden ist, und einen die Wechselrichterschaltung mit der Gasentladungslampe verbindenden und diese ansteuernden Schwingkreis besitzt. Mit dem Gleichtaktinduktor ist eine Überwachungsschaltung zum Erfassen eines an einer Erdungsverbindung anliegenden Hochfrequenz-Erdschlussstroms, der eine Frequenz hat, die höher als die Frequenz der Eingangs-Wechselstrom-Schaltung ist, verbunden. Mit der Überwachungsschaltung ist eine Steuerungsschaltung zum Ausschalten der Wechselrichterschaltung oder der an die Wechselrichterschaltung gelieferten Leistung, wenn der Hochfrequenz-Erdschlussstrom einen bestimmten Wert übersteigt, verbunden.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Vorschaltgerät für mindestens zwei parallel geschaltete Gasentladungslampen, die entfernbar in einer Halterung angebracht sind, geschaffen, in dem es eine Wechselrichterschaltung, einen Resonanzkopplungskreis und mindestens zwei Gasentladungslampen gibt. Die Gasentladungslampen haben einen ersten und einen zweiten Glühfaden. Der Resonanzkopplungskreis enthält einen Induktor und einen Kondensator, die mit dem ersten und mit dem zweiten Glühfaden in Reihe geschaltet sind. Mit dem Induktor sind eine erste und eine zweite Spule verbunden, und eine erste und eine zweite Diode sind mit der ersten bzw. mit der zweiten Spule und mit der ersten bzw. mit der zweiten Diode in Reihe geschaltet, wodurch die Trennung der Lampen und der Glühfäden von ihren Halterungen die Ausgangsschaltung von der Wechselrichterschaltung öffnet.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe geschaffen, in dem es eine Eingangs-Wechselstrom-Schaltung gibt. Mit der Eingangs-Wechselstrom-Schaltung ist ein Wechselstromfilter verbunden. Mit der Eingangs-Wechselstrom-Schaltung ist eine Gleichrichterbrücke verbunden, um aus der Schaltungs- Wechselstromeingabe einen Ausgangs-Gleichstrom zu erzeugen. Eine Wechselrichterschaltung, die einen Schalter der oberen Seite und einen Schalter der unteren Seite enthält, ist mit einem Knoten in Reihe geschaltet und über den Ausgang der Wechselrichterschaltung geschaltet, wobei mit dem Knoten eine Lastschaltung verbunden ist, die die Gasentladungslampe enthält.
Der Schalter der oberen Seite und der Schalter der unteren Seite umfassen jeweils MOS-torgesteuerte Vorrichtungen und dergleichen mit Eingangssteuerklemmen, die erregbar sind, um sie ein- und auszuschalten, wobei jeder eine parallele Diode besitzt. Eine Master-Steuerungsschaltung legt geeignet zeitgesteuerte Steuersignale an, um den Schalter der oberen Seite und den Schalter der unteren Seite abwechselnd ein- und auszuschalten. In der Master-Steuerungsschaltung ist eine dynamische Totzeit-Steuerungsschaltung vorgesehen, um zwischen dem Ende der Stromleitung entweder durch die MOStorgesteuerte Vorrichtung der oberen Seite oder durch die MOS-torgesteuerte Vorrichtung der unteren Seite und dergleichen und dem Beginn der Leitung durch die andere durch die Steuerung des Anlegens der Steuersignale an ihre Steuerklemmen nur ein kurzes Zeitintervall sicherzustellen. Die dynamische Totzeit-Steuerungsschaltung ist mit dem Strom in der Resonanzlast und/oder mit dem Strom in dem ersten und in dem zweiten Schalter und/oder mit der Ausgangsspannung der Gleichrichterbrücke und/oder mit der Änderungsrate dv/dt der Brückenspannungen verbunden und überwacht sie und stellt das Anlegen von Einschaltsignalen an den Schalter der oberen Seite und an den Schalter der unteren Seite sowohl für kapazitive als auch für induktive Operationen ein.
Als ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Steuermodul zum Steuern des Betriebs eines elektronischen Vorschaltgeräts für mindestens eine Lampe geschaffen, in dem das Steuermodul eine integrierte Schaltung besitzt, die in Übereinstimmung mit Steuerinformationen unter Verwendung einer Kombination aus Impulsbreitenmodulation und Frequenzmodulation betreibbar ist, um einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter so anzusteuern, dass sie die mindestens eine Lampe mit Leistung versorgen. Mit der integrierten Schaltung ist ein erster Speicher verbunden, der eine Vielzahl von Parametertabellen speichert, wobei jede Parametertabelle die Steuerinformationen für die integrierte Schaltung besitzt.
Als ein abermals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Schaltung zum Steuern des Betriebs eines elektronischen Lampenvorschaltgeräts geschaffen, in der ein zentraler Logiküberwacher den Gesamtbetrieb des elektronischen Lampenvorschaltgeräts steuert. Mit dem zentralen Logiküberwacher ist ein Gleichstrom/Wechselstrom-Generatormodul verbun den, das Ansteuersignale für eine Wechselrichterschaltung liefert, die einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter besitzt. Mit dem zentralen Logiküberwacher ist ein Powerline-Communication-Modul verbunden, das über eine Netzzuleitung Abdunklungssteuerdaten empfängt. Mit dem zentralen Logiküberwacher ist ein Leistungsfaktor-Korrekturmodul verbunden, das die Leistungsfaktorermittlung und -korrektur für das elektronische Lampenvorschaltgerät steuert.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern des Abdunklungsbetriebs eines elektronischen Vorschaltgeräts geschaffen, in dem ein Strom durch eine mit dem elektronischen Vorschaltgerät verbundene Last überwacht wird und der Strom so gesteuert wird, dass ein Abdunklungspegel aufrecht erhalten wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine elektronische Vorschaltgerätschaltung des Standes der Technik, die in Anwesenheit eines Hochfrequenz-Hochspannungs-Erdschlusses eine Gefahr darstellt.
2 zeigt eine neue Schaltung zur Schaffung eines Hochfrequenz-Gefahrenschutzes, die eine Verbesserung der Schaltung aus 1 ist.
3 ist ein Stromlaufplan eines Lampenvorschaltgeräts mit einer bekannten Reihenschaltung von Lampenglühfäden.
4 zeigt einen Stromlaufplan eines Lampenvorschaltgeräts mit einer bekannten Parallelschaltung von Lampenglühfäden.
5 zeigt eine Verbesserung der Schaltung der 1 und 4, die eine neue Schaltungsanordnung für ein Lampenvorschaltgerät ist, die eine neue Reihen-/Parallelschaltung von Glühfäden verwendet.
6 zeigt eine bekannte allgemeine Halbbrücken-Vorschaltgerätschaltung, die in einem Betrieb nahe der Resonanz betrieben wird.
7 zeigt die Spannungen und Ströme in der Schaltung aus 6 auf einer gemeinsamen Zeitbasis für eine reaktive Phasenbedingung.
8 zeigt die Spannungen und Ströme in der Schaltung aus 6 für eine kapazitive Phasenbedingung.
9 zeigt die Schaltung aus 6, die mit einer neuen Stromerfassungs-Schutzschaltung ausgelegt ist.
10 zeigt die Schaltung aus 6 mit einer neuen Spannungserfassungs-Schutzschaltung.
11 zeigt die Schaltung aus 6 mit einer neuen dv/dt-Erfassungs-Schutzschaltung.
12 zeigt die Kurven aus 8 unter Verwendung einer neuen Betriebsart mit kontinuierlicher reaktiver Last.
13 zeigt die Kurven aus 12, die durch eine neue Verwendung einer vorausgesagten minimalen Totzeit geändert worden sind.
14 zeigt eine neue Spannungserfassungs-Schutzschaltung (10) für ein elektronisches Vorschaltgerät.
15 ist ein Blockschaltplan einer bevorzugten ASIC, die zur Steuerung der Schaltung aus 14 verwendet werden kann.
16 ist ein Blockschaltplan eines vollständigen Steuermoduls, das die Schaltungen der 14 und 15 verwendet.
17 und 17A zeigen die Kurven für die neue unabhängige Steuerung des Schalters der oberen Seite und des Schalters der unteren Seite eines Gleichstrom/Wechselstrom-Brückenwechselrichters.
18 ist ein Blockschaltplan der Siliciumtopologie der ASIC der 14 und 15.
19 zeigt relevante Spannungs- und Stromkurven, die durch die ASIC aus
18 erzeugt wurden.
20 ist ein Diagramm der Lichtstärke in Abhängigkeit vom Strom, in dem die Kurve in angepasste Segmente der herkömmlichen nichtlinearen Kurve unterteilt ist.
21 ist ein Verdrahtungsplan eines ferngesteuerten abdunkelbaren Vorschaltgeräts, das Leistungsfaktoren korrigiert.
21A ist ein Prinzipschaltbild der in 20 verwendeten ASIC.
22 zeigt die Anschlussstiftzuweisung der ASIC für die 20 und 21.
23 ist ein Wandsteuereinheits-Prinzipschaltbild für das Schaltbild aus 21.
24 ist ein weiterer Schaltplan des Vorschaltgerät-Steuermoduls der Erfindung.
25 ist ein Schaltplan der Vorschaltgerätplattform mit Steuermodul.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden die verschiedenen neuen Merkmale beschrieben, die miteinander kombiniert und/oder eigenständig sein können. Diese werden im Folgenden in den Abschnitten I bis V beschrieben.
I. Die Hochfreguenzgefahr-Schutzschaltung
Anhand der Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, zeigt 1 schematisch eine elektronische Vorschaltgerätschaltung des Standes der Technik, in der eine Wechselstromeingangsleitung über eine Gleichtaktdrossel 31 mit einer Gleichrichterschaltung 30 in Zweiwege-Brückenschaltung verbunden ist. Wie gezeigt ist, sind beiden Spulen der Gleichtaktdrossel oder des Induktors 31 Streukapazitäten zugeordnet. Der Ausgang der Brücke 30 kann mit einer Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung 33, die Leistungsfaktoren korrigiert, verbunden sein, deren einer Ausgang mit dem V_SS-Bus verbunden ist, während ein weiterer Ausgang mit dem V_CC-Bus verbunden ist.
Mit dem V_CC-Bus ist ein Schalt-MOSFET der oberen Seite (oder eine andere MOS-gesteuerte Vorrichtung wie etwa ein IGBT) Q₁ verbunden, während mit dem V_SS-Bus ein Schalt-MOSFET Q₂ der unteren Seite verbunden ist. Die MOSFETs Q₁ und Q₂ werden geeignet gesteuert, um die MOSFETs Q₁ und Q₂ mit gesteuerter Frequenz, gesteuertem Tastgrad und/oder gesteuerter Phasenverzögerung abwechselnd ein- und auszuschalten.
Daraufhin ist der Ausgangsknoten 35 mit einer Resonanzlast verbunden, die in 1 aus einem Sperrkondensator 40, aus einem Induktor 41, aus einem Parallelkondensator 42 und aus einer Leuchtstofflampe 45 mit Glühfäden 43 und 44 besteht.
Die Zuleitungsleiter in 1 sind über die Kondensatoren 47 und 48 mit der Erde 46 verbunden. Falls wegen eines Erdschlusses oder dergleichen eine Person 50 zwischen der Schaltung und der Erdung verbunden ist, besteht eine Gefahr.
Die durch die Niederfrequenz (50/60 Hz) verursachte Gefahr wird allgemein mit einem (nicht gezeigten) Reststromsensor behandelt. Allerdings könnte die in elektronischen Vorschaltgeräten verwendete Hochfrequenzspannung (20–100-kHz-Spannung) gefährlich sein, da die Spannungen (insbesondere während der Zündperiode) hoch sind und da sich das Gas in der Röhre wie ein großer Kondensator verhält.
2 zeigt die neue Schaltung zur Vermeidung des obigen Gefahrenproblems. In 2 haben jene Teile, die ähnlich jenen aus 1 sind, gleiche Bezugszeichen. Zu der Gleichtaktdrossel 31 ist eine neue Zusatzspule 60 hinzugefügt. Die Spule 60 ist über eine Diode 61 mit einer Steuereinheit 62 verbunden, die so beschaffen ist, dass sie einen Fehlerzustand erfasst. Falls die Spule 60 einen Gleichtakt-Hochfrequenzstrom erfasst, der höher als ein sicherer Wert ist, legt die Steuereinheit 62 an den Wandler 33 ein "Abschalt"-Signal an, wodurch die Gleichstrom/Wechselstrom-Leistungsbrücke abgeschaltet wird. Einzelheiten eines typischen Wandlers und einer typischen Gleichstrom/Wechselstrom- Leistungsbrücke, die mit dieser Erfindung verwendet werden könnten, werden hier weiter unten beschrieben.
II. Gleichstrom-Glühfadenversorgungsschaltung für sicheren parallelen Lampenbetrieb.
Eine Leuchtstofflampe hat zwei Glühfäden an ihren zwei Seiten. Somit besitzt die Lampe 45 in 3 die Glühfäden 43 und 44. Diese Glühfäden müssen geheizt werden, bevor die Lampe 45 gezündet werden kann, und müssen geheizt bleiben, falls die Lampe 45 in einer "Niedriglicht"-Bedingung oder abgedunkelten Bedingung betrieben werden soll. Es gibt zwei Hauptschaltungen für Lampenglühfäden, die in elektronischen Vorschaltgeräten verwendet werden, eine Reihenschaltung und eine Parallelschaltung. 3 zeigt die Reihenschaltung.
In dieser Konfiguration fließt der Heizstrom über den durch den Induktor 41 und den Kondensator 42 gebildeten Schwingkreis. Vor der Zündung und während einer Phase sollte die Spannung an der Lampe niedrig (unter der Zündspannung) sein. Somit sollte die Betriebsfrequenz erheblich über der Resonanz liegen. Bei dieser Frequenz ist der Strom durch den Induktor 41 bestimmt und könnte zu niedrig sein, um eine ausreichende Glühfadenheizung zu erzeugen. Bei und nach der Zündung ist der Strom über den Glühfaden ausreichend.
4 zeigt eine Parallelschaltung des Standes der Technik der Glühfäden 43 und 44. In dieser Konfiguration besitzt der Induktor 41 Zusatzspulen 70 und 71, die dazu verwendet werden, den Glühfäden 43 und 44 eine Heizspannung (eher als einen Reihenstrom) zuzuführen. Diese Schaltung liefert über die volle Lampenbetriebsart einen ausreichenden Strom, besitzt aber einen erheblichen Nachteil. Das heißt, wenn eine Lampe aus ihrem Gehäuse entnommen wird, fließt über die Resonanzschaltung 41 und 42 weiter ein Strom, der das Vorschaltgerät insbesondere dann, wenn es zum Ansteuern zwei paralleler Lampen verwendet wird, beschädigen könnte.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird, wie auch in 5 gezeigt ist, eine neue Reihen-/Parallelschaltung geschaffen. Somit sind die Spulen 70 und 71 aus 4 wie gezeigt neu verbunden, wobei sie über die Dioden 75 und 76 mit den Glühfäden 44 bzw. 43 verbunden sind.
Dieser Zugang legt eine parallele Heizung an die Glühfäden an und verbindet die Lampe in der Weise, dass ein Herausziehen aus dem Gehäuse die Lampenschaltung öffnet.
Das Ergebnis ist eine Reihen-Parallel-Kombination, bei der das parallele Segment die Lampe 45 mit einer einweggleichgerichteten Gleichstromsignalform speist. Die Dioden 75 und 76 sind in der Weise verbunden, dass immer dann, wenn die Lampe 45 herausgezogen wird, der Stromfluss gesperrt wird.
Die Verbindung einer zweiten Lampe 45 ist in 5 in Strichlinien gezeigt. Gemäß dieser Anordnung ermöglicht das Entfernen einer der Lampen weiter, dass die verbleibende Lampe (oder die verbleibenden Lampen, wenn mehr als zwei Lampen angesteuert werden) arbeitet. Die Entfernung aller Lampen sperrt den Stromfluss.
III. Schutzschaltungen für den Brückenwechselrichter.
6 zeigt eine "allgemeine" Halbbrückenschaltung zum Ansteuern irgendeiner gewünschten Resonanzlast wie etwa eines elektronischen Vorschaltgeräts. Die Halbbrücke besteht aus den MOS-torgesteuerten Vorrichtungen und dergleichen der oberen Seite und der unteren Seite wie etwa den MOSFETs Q₁ bzw. Q₂. Die MOSFETs Q₁ und Q₂ sind mit herkömmlichen parallelen Körperdioden 80 bzw. 81 gezeigt, wobei die Last 82 irgendeine gewünschte Resonanzlast wie etwa eine Gasentladungslampe sein kann. Grundsätzlich ist die Schaltung aus 6 eine Resonanztopologie, wobei das Arbeitsregime in der Nähe der Resonanz, d.h. in der Nähe der Resonanzfrequenz des Induktors 41 und des Kondensators 42, liegt. Die zu beschreibende Erfindung ist für irgendeine Anwendung geeignet, in der über die Brücke Q₁, Q₂ ein Blindstrom fließen könnte. Es wird angemerkt, dass alles im Folgenden Beschriebene eine Vollbrückentopologie ebenso wie die in 6 gezeigte Halbbrücke betrifft.
7 zeigt auf einer gemeinsamen Zeitachse relevante Spannungen und Ströme in der Schaltung aus 6, wenn die Erregungsfrequenz der MOSFETs Q₁ und Q₂ über der Resonanzfrequenz des Induktors 41, des Kondensators 42 und der Last 82 liegt. Unter dieser Bedingung ist die Last reaktiv. In 7 ist die Linie 100 das HO-Signal zu Q₁ und die Linie 101 das LO-Signal zur Q₂. Die Brückenspannung am Knoten 35 ist durch die Linie 102 gezeigt, während der Brückenstrom durch die Linie 103 gezeigt ist.
Am Ende jedes Erregungszyklus in 7 eilt der Strom 103 über den Induktor 41 der Erregungsspannung 102 nach. Wenn der obere Schalter Q₁ geschlossen ist, fließt ein Strom in den Induktor 41. Wenn der obere Schalter Q₁ öffnet oder ausgeschaltet wird, muss der Strom über den Induktor 41 weiter fließen, was er dadurch tut, dass er, wie in 7 durch die Linie 104 gezeigt ist, über die integrale Diode 81 des unteren Schalters fließt. Wenn der untere Schalter Q₂ schließt, wird die integrale Diode 81 allein durch eine Rekombinationswirkung der Ladungsträger von der Leitung bei einer Spannung null wiederhergestellt.
Dasselbe oben beschriebene Verfahren betrifft den durch die Leitungslinie 105 des unteren Schalters gesteuerten Halbzyklus.
Das Folgende kann beobachtet werden:

1. Wenn der obere Schalter Q₁ ausgeschaltet wird, wird der induktive Strom zu der integralen Diode 81 des unteren Schalters gelenkt, wobei die Spannung 102 an der Brücke sofort von Vdd auf Vss schwingt.
2. Während der untere Schalter Q₂ geschlossen wird, bricht der in die integrale Diode 81 des unteren Schalters gelenkte Strom auf Null zusammen.
3. Gleichzeitige Leitung sowohl des oberen als auch des unteren Zweigs Q₁ und Q₂und der Brücke ist nicht möglich.

Das Diagramm aus 8 zeigt das Verhalten der Wechselrichterbrücke aus 6, wenn die Erregungsfrequenz unter der Resonanz ist (und die Last somit kapazitiv genannt wird). Die verschiedenen Linienzüge aus 8 tragen die gleichen Bezugszeichen wie jene aus 7.
Der Strom über den Induktor 41 eilt in jedem Erregungszyklus der Erregungsspannung voraus und kehrt seine Richtung um, bevor der Erregungszyklus endet. Somit fließt der Strom am Ende des Erregungszyklus über die integrale Diode des Leistungsschalters Q₁ oder Q₂, der eingeschaltet ist und davor steht, zu schließen. Wenn der obere Schalter Q₁ geschlossen wird, fließt der Strom weiter über seine integrale Diode 80. Wenn der untere Schalter Q₂ schließt, fließt der Strom weiter über die obere integrale Diode 80; somit wird er über einen erzwungenen Wiederherstellungsprozess, der schroff ist, auf die volle Busgleichspannung wiederhergestellt. Dieser zwangsweise Wiederherstellungsprozess veranlasst eine momentane Kurzschlussbedingung mit einer hohen Stromspitze (die in der Linie 105 aus 8 bezeichnet ist) und kann zu einem Vorrichtungsausfall führen.
Dasselbe Verhalten betrifft den unteren Schalter aus 6.
Das Folgende kann für eine kapazitive Bedingung beobachtet werden:

1. Wenn der obere Schalter Q₁ "aus" angesteuert wird, fließt der Strom über den Induktor 41 wegen der Stromrichtungsumkehr, die auftritt, bevor die Erregung endet, in die integrale Diode 80 des oberen Schalters.
2. Die Brücke bleibt bis zum Zusammenbruch des von dem Induktor 41 zu der integralen Diode 81 fließenden Stroms oder bis der untere Schalter Q₂ in die Leitung angesteuert wird auf dem Pegel Vdd.
3. Falls der untere Schalter Q₂ in die Leitung angesteuert wird, während die interne Diode 80 des oberen Schalters noch Strom leitet, wird er in eine schroffe Wiederherstellung angesteuert, was die Vorrichtung beschädigen kann.
4. Dieselbe Erscheinung kann in der Leitungsperiode des unteren Schalters Q₂ beobachtet werden.

Das durch eine schroffe Wiederherstellung verursachte Problem der gleichzeitigen Leitung wird üblicherweise dadurch korrigiert, dass eine absichtliche Totzeit eingefügt wird, d.h. eine Periode in dem Zyklus, in der keiner der Schalter in die Leitung angesteuert wird. Die Totzeit sollte lang genug sein, um einen Schutz für die Schaltvorrichtungen sicherzustellen, während andererseits das Einfügen einer großen Totzeit die Leistungsfähigkeit der Brücke verschlechtert, indem es den Tastgrad begrenzt. Außerdem begrenzt es die Fähigkeit der Brücke, in der Nähe der Resonanz zu arbeiten. Somit ist die übliche Lösung ein Kompromiss, der auf Kosten beschränkter Leistungsfähigkeit einen unzureichenden Schutz bietet.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine veränderliche Totzeit bereitgestellt, die sich an die Schaltungsnotwendigkeiten anpasst. Diese Totzeit wird eine "dynamische Totzeit" genannt. Die dynamische Totzeit wird dadurch erreicht, dass der Punkt erfasst wird, an dem der Strom in einem kapazitiven Fall auf null zusammenbricht. Es gibt vier Varianten:

1. Erfassung des Stroms über den Induktor 41 durch einen Stromtransformator oder durch einen Nebenschlusswiderstand in Reihe damit.
2. Erfassung des Stroms über die Schaltvorrichtungen Q₁ und Q₂.
3. Erfassung der Brückenspannung.
4. Erfassung der Anstiegsrate (dv/dt) der Brückenspannung.

9 zeigt die Verwendung einer Stromerfassungs-Schutzschaltung, in der ein Stromtransformator 110 zum Überwachen des Brückenstroms vorgesehen ist. Außerdem zeigt 9 das Steuermodul 111, das an die MOSFETs Q₂ und Q₁ die Ausgaben LO bzw. HO liefert. Diese Strommessfunktion kann ebenfalls durch (nicht gezeigte) Stromtransformatoren in Reihe mit Q₁ und Q₂ oder durch den Nebenschlusswiderstand 112 in dem Vss-Bus ausgeführt werden. Diese Strommessvorrichtungen sind daraufhin mit dem Komparator 113 im Steuermodul 111 verbunden. Jedes durch den Komparator 113 in der Nähe des Endes der Stromleitungsperiode erfasste "Läuten" kann durch einen Rückkopplungskreis wie etwa durch einen Schmidt-Trigger, durch ein Flipflop oder durch einen Bushalter gesteuert werden.
10 zeigt die Schaltungen der 6 und 9, die für eine Spannungserfassungsschutz-Betriebsart geändert worden sind. Somit ist in 10 eine Verbindung vom Knoten 35 über den Widerstand 115 zum Komparator 111 hergestellt worden.
Im Folgenden wird der Betrieb der Schaltung aus 10 beschrieben:

1. Im Fall des "kapazitiven" Betriebs der Brücke (Linie 103 in 8) findet an dem Punkt, an dem der Strom auf null zusammenbricht, eine Inversion der Brückenspannung am Knoten 35 statt.
2. Diese Inversion wird mittels eines Spannungskomparators (Linie 102, 8) erfasst. Von der Periode, in der der Schalter geschlossen ist, bis zur Inversion der Brückenspannung wird eine Totzeit eingefügt (Linie 102, 8).
3. Irgendein durch den Komparator 113 in der Nähe des Endes der Stromleitungsperiode erfasstes "Läuten" kann durch eine Rückkopplungsvorrichtung wie etwa durch einen Schmidt-Trigger oder durch ein Flipflop oder durch einen Bushalter (nicht gezeigt) gesteuert werden.
4. Wenn die Brücke in einer induktiven Zone arbeitet (7), tritt die Inversion der Spannung sofort nach Schließen eines Schalters auf; somit wird keine Totzeit eingefügt.

11 zeigt ein dv/dt-Erfassungs-Schutzschema, das einen Kondensator 117 bereitstellt, der vom Knoten 35 zu einem Logikgatter 118 im Steuermodul 111 verbunden ist. Vom Widerstand 119 ist eine Steuermodulverbindung zu einem Knoten zwischen den Dioden 120 und 121 vorgesehen.
Die Schaltung aus 11 ist eine Änderung der Spannungserfassungssteuerung aus 10, die für digital gesteuerte Gleichstrom/Wechselstrom-Brücken geeignet ist. Diese Ausführungsform verwendet anstelle des Komparators 113, der grundsätzlich eine analoge Vorrichtung ist, ein Logikgatter 118.
Solange die Spannung ansteigt, fließt ein Strom über den Erfassungskondensator 117, der an VCC geklemmt ist. Bei einer abfallenden Spannung wird der Kondensator 117 an die Steuerungsschaltung geklemmt. Wenn die Spannung der Brücke nicht ansteigt oder abfällt, könnte das Eingangssignal des Logikgatters 118 schweben und wird somit durch die Steuerlogik auf einem geeigneten Wert gehalten.
Es ist möglich, eine kontinuierliche Blindlast-Schutzanordnung zu vrwenden, in der die Gleichstrom/Wechselstrom-Brücke aus 6 eher in einem kontinuierlichen kapazitiven Regime betrieben wird, als nur den Schutz bereitzustellen.
Wenn die Totzeit durch die Strom- oder Spannungskommutierung automatisch bestimmt wird, neigt der Betrieb der Brücke dazu, unregelmäßig zu sein, d.h., die Brücke könnte in einen asymmetrischen Betrieb angesteuert werden, wobei die Stromsignalform unregelmäßig ist.
Ein einfacher Fall einer solchen Unregelmäßigkeit ist in den Signalformen aus 12 gezeigt, die die Kurven aus 8 zeigen, aber die Unregelmäßigkeit enthalten.
Der unregelmäßige Betrieb könnte unter Verwendung der vorangegangenen (gemessenen) Totzeit korrigiert werden, um eine minimale Totzeit für die kommenden Zyklen vorauszusagen und, wie in 13 gezeigt ist, danach den Strom oder die Spannung zu erfassen.
14 zeigt einen spezifischen Stromlaufplan eines Spannungserfassungs-Schutzsystems für ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät (3 und 10) in Verbindung mit einer spezifischen ASIC 130 zum Liefern aller Steuersignale.
In 14 wird die Inversion der Brückenspannung am Knoten 35 durch einen Komparator der inneren Spannung (in der ASIC 130) am Anschlussstift CT erfasst und durch die innere Logik zum Verlängern der Totzeit verwendet.
Es wird angemerkt, dass das in 14 gezeigte Spannungserfassungsverfahren die durch die Buskapazität in den Schaltungen zur Erfassung des kapazitiven Vorauseilens verursachten Verzögerungen überwindet.
15 ist ein Blockschaltplan der später genauer beschriebenen ASIC 130.
16 zeigt das vollständige Steuermodul einschließlich der Schaltungen der 14 und 15.
IV. Die Gleichstrom-Wechselstrom-Wechselrichterbrücke für nichtlineare Lasten.
Im Folgenden wird ein neuer Prozess für den Betrieb der Gleichstrom-Wechsel strom-Wechselrichterbrücke aus 6 beschrieben, der eine nichtlineare, resonante und zeitlich veränderliche Last, z.B. elektronische Vorschaltgeräte für Niederdruck- und Hochdrucklampen, resonante Stromversorgungen, Laser-Stromversorgungen und dergleichen ansteuert.
Es werden zwei übliche Steuerverfahren verwendet: Impulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) und Frequenzmodulationssteuerung (FM-Steuerung). Beide Verfahren bieten nur teilweise Lösungen für die Probleme, die diese Stromversorgungen stellen. Das Problem entsteht, wenn die Steuerungsschaltung bei einem kleinen Strom ein Ziel einer niedrigen Lichtstärke (z.B. einer sehr niedrigen Abdunklung) zu erreichen versucht. Der Versuch, einen niedrigen Strom unter Verwendung einer PWM-Schaltung zu erreichen, könnte die Gleichstrom/Wechselstrom-Brücke in den kapazitiven Bereich ansteuern und kann zur Zerstörung der Leistungsschalter Q₁ und Q₂ führen. Dagegen führt der Versuch, dies durch Ändern der Frequenz zu tun, üblicherweise zu einer unregelmäßigen Lichtabgabe (Ringen oder Schlangen in Leuchtstofflampen) und zur Instabilität.
Obgleich dies in 16 nicht gezeigt ist, sind die verschiedenen Module in der ASIC 130 in der ASIC (siehe 15) mit einem zentralen Logiküberwacher verbunden. Der zentrale Logiküberwacher steuert den Gesamtbetrieb der ASIC 130, indem er die Kommunikation ermöglicht und Daten zwischen den Modulen übergibt.
Gemäß dem Steuerverfahren der Erfindung werden sowohl die Impulsbreitenmodulation als auch die Frequenzmodulation verwendet und ständig geändert, um die Lampe abzudunkeln und/oder ein hochwertiges Steuerregime aufrecht zu erhalten. Es ist das Ziel, so nahe wie möglich bei der Resonanz zu arbeiten, bei Übergängen, Lampenalterung, Störungen, Verwendung inkompatibler Lampen usw. aber in dem in 7 gezeigten induktiven Verhalten zu sein. Das neue Verfahren wird mit einer Mittelabgriff-Schutzlösung kombiniert, die verhindert, dass "Impuls für Impuls" versehentlich als die in den 12 und 13 gezeigte kapazitive Last in die Brücke des Wechselrichters reflektiert wird.
Wenn der neue Algorithmus zur Steuerung der Brücke für abdunkelbare elektronische Vorschaltgeräte verwendet wird, steuert er die Vorheiz-, die Zündungs- und die Abdunklungssteuerfunktion. In einem besonderen Fall wird bei hohen Lichtstärken für den unteren Schalter Q₂ der Brücke ein Impuls mit konstanter Breite verwendet, während für den oberen Schalter Q₁ ein Impuls mit veränderlicher Breite verwendet wird. Dieses Steuerschema ist in 17 gezeigt, die die Lichtstärke in Abhängigkeit von der Impulsbreite Ton für die Schalter Q₁ und Q₂ der oberen Seite und der unteren Seite in den 6 und 14 bis 16 zeigt. Zur gegenwärtigen Zeit wird für die konstante Impulsbreite die Kurve 141 der unteren Seite verwendet, wobei aber irgendeine der alternativen Kurven 142 verwendet werden kann. 17a erläutert ferner das in 17 gezeigte Verhalten des Schalters der oberen Seite. In 17a sind die gezeigten Bezeichnungen wie folgt definiert:

T: – volle Periode der Halbbrücke
T1: – Sperrstromzeit des Schalters der oberen Seite
T2: – Leitungszeit in der "zulässigen Richtung" des Schalters der oberen Seite
T3: – Leitungszeit des Schalters der unteren Seite.

Wie oben erläutert wurde, ist es das Ziel des Halbbrücken-Ansteueralgorithmus, die Halbbrückenlast für alle Betriebsregimes induktiv, aber in der Nähe der Resonanz zu halten.
Das neue Verfahren soll die Schalter gemäß Rückwärtsleitung (Paralleldiodenleitung) ansteuern, wenn die Schalterspannung nahe Null ist. Zum Beispiel muss die steigende Flanke der Ansteuerung der oberen Seite während des Zeitrahmens T1 kommen.
Der Algorithmus muss die Zeitdauer T1 kurz halten, damit er nahe der Resonanz, aber nie null oder negativ ist, was der Ausdruck einer kapazitiven Last für die Halbbrücke ist.
Der Algorithmus sichert während aller Betriebsregimes Ansteuerungen der oberen und der unteren Seite, die während stationärer Bedingungen ein kurzes festes T1 erhalten. Falls sich das T1 dagegen während Übergängen verkürzt und nahe null wird, bringt es der Mittelabgriffmechanismus auf eine sichere Länge oder Dauer zurück.
Außerdem wird die Totzeit zwischen oberer und unterer Schalteroperation gleichzeitig gesteuert. Für niedrige Lichtstärken ist dieses Verfahren zu grob, wobei auf den Betrieb des unteren Schalters Q₂ gleichzeitig auch ein Verfahren veränderlicher Breite angewendet wird.
Als eine allgemeine Vorschrift ermöglicht das neue Verfahren die unabhängige Steuerung jedes der Brückenschalter Q₁ und Q₂ (oder Paare von Schaltern im Fall einer Vollbrücke) in einer vollständig geschützten Betriebsart mit Schaltung bei der Spannung null.
Die Stabilität der Steuerung wird dadurch erzielt, dass während der verschiedenen Betriebsregimes die Zeitkonstante der Gleichstrom/Wechselstrom-Brückensteuerung geändert wird. Wenn die Lichtstärke auf Anforderung geändert wird, wird eine kleine Zeitkonstante (schnelle Steuerung) verwendet, während bei stationärer (fester) Lichtsteuerung eine größere Zeitkonstante (langsame Steuerung) verwendet wird. Dieses Verfahren vermeidet Überschwingen oder Unterschwingen bzw. Lichtschwankungen.
Das oben beschriebene Steuerschema führt die ASIC 130 der 14, 15 und 16 aus. In 18 ist ein weiterer Blockschaltplan der Siliciumtopologie, die die Schalter Q₁ und Q₂ der Brücke mit dem Mittelabgriffsschutz steuert, gezeigt. 19 zeigt die durch die Schaltung aus 18 erzeugten Steuerimpulse in einer gemeinsamen Zeitbasis.
Das Folgende ist eine Beschreibung des Betriebs des Blockschaltplans aus 18 und der Kurven aus 19.

1. An den Mikroprozessor 160 wird über einen (ebenfalls in der ASIC 130 enthaltenen) A/D-Wandler 161 ein Lampenstrom-Abtastwert geliefert.
2. Der Mikroprozessor 160 verarbeitet alle Informationen und stellt einen DATENBUS 162 bereit, der alle verarbeiteten Informationen (PLC, LEIS-TUNGSFAKTORKORREKTUR, GLEICHSTROM/WECHSELSTROM) enthält.
3. Die Auswahleinrichtung 163 zwischenspeichert geeignete Daten in dem geeigneten ZWISCHENSPEICHER 164 und 165. Die Rate der erneuten Zwischenspeicherung ist eine Entscheidung oder ein Standard der Software.
4. Die Zähler "PWM-LOGIK der oberen Seite" und "PWM-LOGIK der unteren Seite" erzeugen zusammen die Signalform der OBEREN SEITE (19), die als ein Impulszug beschrieben werden kann. Die Impulsbreite ist durch "HS-DATEN" und "LS-DATEN" bestimmt, die die Zeitdauer zwischen Impulsen bestimmen.
5. Die HS-Signalform wird in das UND1-Gatter 168 eingespeist. Zu der Signalform wird eine feste Totzeit und außerdem eine (durch die Mittelabgriffseingabe bestimmte) veränderliche Totzeit addiert, woraufhin sie über den HSDV-Ausgang (Ausgang des Treibers der oberen Seite) 169 austritt.
6. Die Signalform wird außerdem durch das NICHT3-Gatter 170 invertiert und dem UND2-Gatter 171 zugeführt. Zu der Signalform wird eine feste und eine veränderliche Totzeit addiert, woraufhin sie über den LSD-Ausgang (Ausgang des Treibers der unteren Seite) austritt.
7. Die NICHT1- und NICHT2-Gatter 173 bzw. 174 vermeiden die Möglichkeit, dass die 2 Ausgänge HSD bzw. LSD beide gleichzeitig "hoch" sind.
8. Beschreibung der Mittelabgriffs-Schutzschaltung: Die Ausgänge des UND1 und des UND2 168 bzw. 171 werden überwacht. Falls es für 16 aufeinander folgende Impulse keine Überlappung mit der ursprünglichen Signalform (wie sie aus der HS-PWM-Logik herauskommt) gibt, erhöht sich der 16-Versuche-Zähler 176 um 1, was 4 aufeinander folgende Zyklen ohne Unterbrechung ermöglicht. Falls sich die gleiche Erscheinung wiederholt, wird der 16-Versuche-Zähler 176 weiter erhöht. Falls die Erscheinung verschwindet, wird der 16-Versuche-Zähler 176 zurückgesetzt.

Falls der 16-Versuche-Zähler 176 16 erreicht, sendet er eine "Anomal"-Nachricht an den Mikroprozessor 160 und tritt in ein Anomal-Schutzregime ein.
Es wird angemerkt, dass die obige Technik sowohl auf eine Vollbrücke als auch auf eine Halbbrücke anwendbar ist.
Um eine stetige Änderung der Lichtabgabe zu erzielen, wird in dem Mechanismus veränderlicher Impulsbreite während der gesamten Lampenabdunklungs-Belastungskurve eine "Dithering"-Technik mit veränderlicher Tiefe angewendet.
Somit veranlasst die Verwendung einer digitalen Steuerung für die Impulsbreite des oberen oder des unteren Schalters durch eine einfache PWM-Prozedur, dass das Licht flackert. Um die Schritte der Lichtsteuerung zu glätten, kann ein Dithering-Verfahren verwendet werden. Somit wird aus einer gemischten Folge von Impulsen, die aus diesen zwei Zeitschritten hergestellt werden, eine PWM eines Durchschnittspegels zusammengesetzt, der zwischen den (durch eine ganze Zahl definierten) PWM-Schritten liegt.
Allein durch Messung des Lampenstroms wird eine genaue Lichtstärkesteuerung erreicht. Dieses Verfahren wird dadurch implementiert, dass die nichtlineare Strom-Lichtstärke-Kurve an lineare Segmente angepasst wird. Jedes Segment ermöglicht ein Verhältnis zwischen dem Prozentsatz der Lichtstärke und dem Lampenstrom, was, wie in 20 gezeigt ist, eine sehr genaue Lichtstärkesteuerung ermöglicht. Diese Technik vermeidet die Notwendigkeit eines komplizierten Lampenleistungs- oder Lampenstrom-Mess-Algorithmus für jeden Lampentyp, um das obige nichtlineare Verhalten zu charakterisieren. Die Lichtsteuerungsgenauigkeit kann weiter erhöht werden, indem zu der angepassten nichtlinearen Strom-Lichtstärke-Kurve zusätzliche lineare Segmente hinzugefügt werden.
Dieses Verfahren wird unter Verwendung einer dedizierten Parametertabelle implementiert, die durch den Anwender eingestellt oder definiert werden kann. Das obige Verhältnis ist ein Verhältnis zwischen der Lichtstärke und dem Strom an bestimmten Punkten (den Extremwerten jedes Segments).
Es ist lehrreich, jetzt die Prinzipien zusammenzufassen, die in den in dem Steuerverfahren der Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichterbrücke für äußerste nichtlineare Wechselstromlast verwendeten Algorithmen angenommen werden. Es wird, insbesondere für eine Gasentladungslampe, die sich über den größten Teil ihres Abdunklungsbereichs wie eine negative Impedanz verhält, eine äußerste nichtlineare Last betrachtet. Diese Lampen haben eine Übertragungsfunktion, deren Verstärkung sich zwischen weiten Grenzwerten ändert, so dass es schwierig ist, eine schnelle und stetige Steuerung zu erreichen. Es gibt zwei übliche Verfahren, um eine solche Last über eine Wechselstrombrücke zu steuern: Impulsbreitenmodulation (PWM) und Frequenz (FM). Beide sind nur innerhalb eines Teilbereichs der Last effektiv, die gesteuert wird.
Das beschriebene Steuerverfahren verwendet eine PWM, deren Frequenz und Totzeiten veränderlich sind. Es wird in einer Halb-/Vollbrückentopologie angewendet: Impulsbreite der oberen Seite, Impulsbreite der unteren Seite, wobei die Totzeiten zwischen ihnen in einer Weise programmiert und angewendet werden, die so konstruiert ist, dass während des gesamten Bereichs von keiner Last bis Volllast eine stabile, stetige Regelschleife erreicht wird.
Das verwendete Verfahren schlägt vor, bei allen Lasten in der Nähe der Resonanz zu arbeiten, die Last aber immer etwas über der Resonanz zu halten. Dies erfolgt zunächst, indem an jedem Punkt des Lastregimes das beste Steuerverhalten (minimale Verstärkungsänderung) geliefert wird. Die Impulsbreite und die Frequenz werden in einer Weise manipuliert, die eine konstante Regelungsverstärkung erreicht (gelegentlich wird die PWM verwendet, um den Laststrom zu erhöhen, während die Frequenz verwendet wird, um ihn zu verringern, und umgekehrt). Diese Manipulationen werden gemäß den V/I-Kennlinien der Last ausgeführt.
Das Folgende ist ein Beispiel einer Ausführungsform in einer Vorschaltgerätanwendung. Die Steuerung abdunkelbarer Entladungslampen über den vollen Abdunklungsbereich beruht auf einem Steuerbereich, der durch zwei Bruchstellen in drei Abschnitte unterteilt ist:

1. Von der Minimallast bis zu der ersten Bruchstelle wird die PWM-Steuerung verwendet: der Impuls der oberen Seite erhöht sich, während sich der Impuls der unteren Seite verringert. Die periodische Gesamtzeit wird bei einer festen Zahl gehalten.
2. Von der ersten Bruchstelle bis zur zweiten Bruchstelle wird die untere Seite festgesetzt und der Impuls der oberen Seite PWM-gesteuert. Der Tastgrad wird erhöht und gleichzeitig die Frequenz verringert.
3. Von der zweiten Bruchstelle bis zur Maximallast wird die Frequenzsteuerung verwendet, wobei sowohl der Impuls der oberen Seite als auch der Impuls der unteren Seite zunehmen.

Dieses Verfahren erzeugt eine Steuerungsbelastungskurve mit minimaler Verstärkungsänderung und minimaler vorgegebener Totzeit zwischen den Impulsen. Dies steuert eine vorhersagbare Last (z.B. eine Lampe mit normalem Betriebsverhalten) am besten. Um durch nicht voraussagbares Verhalten der Last verursachte Ausfälle zu verhindern, wird die Mittelabgriffspannung der Brücke erfasst, um sicherzustellen, dass die Schaltung bei der Spannung null erfolgt. Um vor zerstörerischen Strömen zu schützen, werden die Impulse dynamisch geändert. Die Totzeit wird bis zum Punkt mit der Spannung null dynamisch erhöht. Dieses Merkmal der Erfindung ermöglicht, dass eine Lampe mit normalem Betriebsverhalten bei hohen Frequenzen mit sehr kurzer vorgegebener Totzeit arbeitet. Außerdem ermöglicht es, die Totzeit im Fall von Übergängen zu erhöhen, und ändert es das Lastverhalten, z.B. während die Entladungslampen altern.
V. Eine digitale Implementierung einer Leistungssteuerungsschaltung.
Das Folgende beschreibt verschiedene Techniken, die in dem neuen digitalen Zugang zu Leistungsmanagement-Steuereinheiten, insbesondere in einem abdunkelbaren elektronischen Vorschaltgerät, verwendet werden. 21 zeigt das Powerline-Communication-gesteuerte (PLC-gesteuerte) abdunkelbare Vorschaltgerät mit einer ähnlichen Konstruktion wie das in 16 gezeigte. Die Vorschaltgerätsteuerungs-ASIC 200 ist in 20 in dem Block 200 mit durchgezogenen Linien gezeigt. Der PLC-Betrieb ermöglicht, dass das Vorschaltgerät die Abdunklungssteuerinformationen über dieselbe Netzzuleitung empfängt, die zur Stromversorgung des Vorschaltgeräts verwendet wird. Die ASIC 200 ist wiederum schematisch in 21A gezeigt. Die ASIC-Anschlussstiftzuweisungen sind in 22 gezeigt. Das Prinzipschaltbild der Wandsteuereinheit (W.C.U.) ist ebenfalls in 23 gezeigt. Die in den 20, 21 und 22 verwendeten Techniken werden allgemein wie folgt beschrieben:
I. Anpassung des dynamischen Steuerungsverhaltens anhand der Energieverbrauchsvorhersage.
Das dynamische Verhalten der Regelschleife ist "flexibel". Es verwendet für eine Anzahl im Voraus entschiedener Bedingungen einen anderen "Bedämpfungsfaktor" und eine andere Schleifenreaktionszeit. Zum Beispiel wird im Fall des elektronischen Vorschaltgeräts die folgende Entscheidungstabelle angewendet:
falls die Bus-Gleichspannung innerhalb der Grenzwerte von Vref ±1% ist, "keine Reaktion";
falls der Gleichspannungsbus innerhalb der Grenzwerte von ±3% > Vref > ±1% ist, "langsame" Reaktion;
falls der Gleichspannungsbus innerhalb der Grenzwerte von ±10% > Vref > ±3% ist, "schnelle" Reaktion;
falls Lichtstärke durchschritten wird + falls sie unter 90% der gewünschten ist, schnelle Reaktion;
falls sich der Eingangsspannungsschritt mehr als ±2% änderte, schnelle Reaktion usw.
Falls eine starke Änderung des Lichts gewünscht ist, wird zunächst die gewünschte Lichtstärke in die Steuereinheit gegeben, während z.B. von Volllicht zu Licht aus gegangen wird (Übergangsbetriebsart), woraufhin die Leistungsfaktorkorrektur-Betriebsart auf schnelle Reaktion geschaltet wird, um Gleichspannungsbuseinsattlungen zu vermeiden. Bei konstantem Licht (stationärem Zustand) schaltet die Leistungsfaktor-Korrektursteuerung zur Betriebsart langsamer Reaktion, was ein Flackern/Flimmern des Lichts verhindert.
Die Grenzwerte, die Bedämpfungsfaktoren und Reaktionszeiten sind Parameter, die in vordefinierten durch den Konstrukteur programmierbaren Tabellen aufgeführt sind.
Die Steuerung kann so eingestellt werden, dass sie alle Arten von Anwendun gen einschließlich Motorsteuerung, Temperatursteuerung und viele anderen behandelt.
II. Programmierbare Parametertabellen
Die Tabellen von Parametern werden für alle möglichen Regimes der benötigten Anwendung programmiert. Zum Beispiel gibt es im Fall des elektronischen Vorschaltgeräts etwa 12 verschiedene Regimes für das abdunkelbare elektronische Vorschaltgerät, einschließlich:
Gleichspannungsbus-Sanftanlauf;
Zusatzanstieg;
Lampenvorheizen;
Lampenzündung;
steigende Lichtstärke;
fallende Lichtstärke;
Hochschalten der Lichtstärke;
Herunterschalten der Lichtstärke;
stationärer Zustand, "hohe" Last;
stationärer Zustand, "niedrige" Last;
Anomalien – Ausgangsleistungs-Abschaltung; und
Eingangsspannung abgeschaltet oder "Spannungsausfälle".
Jedes einzelne Regime besitzt seine eigene spezifische Parametertabelle, die beim Eintritt in ein neues Regime gewählt wird.
Jede Parametertabelle enthält alle Spezialparameter für die Leistungsfaktor- Korrektursteuerung und für die Gleichstrom/Wechselstrom-Brückensteuerung für jedes Regime. Der Konstrukteur kann diese Parameter programmieren.
Um in allen Regimes einen stabilen Gleichspannungsbus und die beste Leistungsfaktorkorrektur aufrecht zu erhalten, gibt eine digitale Steuerung, die programmierbare Nachschlagetabellen verwendet, für jedes verschiedene Regime die beste "Behandlung" (d.h., im Fall der Gleichstrom/Wechselstrom-Brücken-Wechselrichtersteuerung ändert sich die Reaktionszeit gemäß dem Lampenregimebetrieb).
Bei diesem Zugang ist die digitale Lösung umso effizienter, je komplizierter die Anwendung ist.
III. Adaptive Schleifenparameter
Die statische und die dynamische Schleifenreaktion passen sich an die Eingaben an, indem sie Rückkopplungsinformationen von einer Anzahl digitaler und/oder analoger Eingaben erhalten, die gemäß den richtigen Parametertabellen, Entscheidungstabellen und behandelten Gleichungen gewählt werden.
IV. Leerlaufperiodeneinfügung zur Änderung zur unstetigen Betriebsart für Lasten mit niedriger Leistung, wobei die Frequenz in gewünschten Grenzwerten gehalten wird.
Während die Lasten kleiner werden, wird die Frequenz sehr hoch, wobei die "EIN"-Impulse sehr kurz sein müssen, um die Leitung der kritischen Betriebsart zu erhalten. Unter einer bestimmten Last wird die kritische Betriebsart unbrauchbar. An diesem Punkt geht die Steuerung zur "unstetigen" Betriebsart über, wobei sie aufhört, die "EIN"-Zeit zu steuern, und die "AUS"-Zeit des Impulses zu steuern beginnt. Die "EIN-Zeit" wird auf einen gewünschten "minimalen nutzbaren Impuls" (programmierbarer Parameter) festgesetzt. Die "Aus-Zeit" kann sich zwischen keiner und "maximale Totzeit der unstetigen Betriebsart" (programmierbarer Parameter) ändern.
V. Ein Verfahren zum Steuern des Wandlers unter lastfreien Bedingungen mittels Implementierung einer speziellen "Bereitschafts"-PWM-Regime-Betriebsart unter Verwendung einer dedizierten programmierbaren Parametertabelle.
Unter Verwendung einer digitalen programmierten Steuerung können spezielle Betriebsarten "zugeschnitten" werden. Alle Parameter einschließlich "Impulsbreite", Zeit zwischen den Impulsen, Bündelparameter und andere Parameter können für eine spezifische Aufgabe zugewiesen werden.
Ein Beispiel dieser Fähigkeit ist die hier für das elektronische Vorschaltgerät verwendete "Bereitschafts"-Betriebsart.
Diese Betriebsart ist jederzeit funktional, wenn die Vorschaltgerät-Ausgangsstufe gesperrt ist und die Leistungsfaktor-Korrekturstufe ihren Betrieb in der Bereitschaftsbetriebsart fortführen muss. In dieser Betriebsart hat die Leistungsfaktor-Korrekturstufe zwei Aufgaben: erstens – die Zusatzspannungen 5 V und 12V für die Steuerung zu liefern, und zweitens – die Bus-Gleichspannung innerhalb der Grenzwerte zu halten.
Wenn die Leistungsfaktor-Korrekturstufe eine sehr kleine Last hat, lädt sich der Gleichstrom-Buskondensator schnell auf einen Nenngrenzwert, wobei er Leistungsfaktorkorrektur-Steuerimpulse sperrt. Um zu ermöglichen, dass die Leistungsfaktor-Korrekturstufe Zusatzspannungen liefert, werden Spezialparameter verwendet: die minimale Impulsbreite und die feste Totzeit zwischen Impulsen. Eine weitere Betriebsart ist die Änderung von der Steuerung des Gleichspannungsbusses (mit Ausnahme des Maximums) zur Steuerung der Zusatzspannung auf 12 V.
VI. Schutzverfahren durch Kombination mehrerer Parameterebenen unter Verwendung programmierbarer Tabellen.
Außerdem enthalten die Parametertabellen einige Grenzwerte, um einen Teil der Schutze bereitzustellen. Zum Beispiel: Die Steuerimpulse werden im Fall einer Gleichspannungsbus-Überspannung (impulsweise) gesperrt (die Impulse werden ebenfalls gesperrt, falls der Gleichspannungsbus höher als 110% ist). Außerdem werden die Impulse gesperrt, falls die Eingangsspannung über einem bestimmten vorgegebenen Grenzwert liegt. Die Eingangsunterspannung wird ebenfalls überwacht; unter einem bestimmten Grenzwert geht die Leis tungsfaktor-Korrektursteuerung zu einer Leistungsabschaltbetriebsart (in der vorliegenden ASIC-Implementierung Überspannungsschutz (OVP)).
Die Theorie und die Parameter der Leistungsfaktorkorrektur werden wie folgt beschrieben:
MinPFCParam
Maximaler Ton-Impuls der Leistungsfaktorkorrektur für maximale Last bei minimaler Eingangseffektivspannung. Ton = (255 – n)/12 MHz

100 1,29·100^–05 s
MaxPFCParam
Minimal nutzbarer Impuls für die Leistungsfaktor-Korrektursteuerung.

125 4,17·10^–07 s
LowDelPrs
Maximale Totzeit der unstetigen Betriebsart.

0 2,13·10^–05 s
HighDelPrs
Nur bei kritischer Betriebsart.
Wartet bei Erhalt des ZC-Signals 83 weitere ns, um den Leistungsfaktor-Korrekturschalter zu aktivieren.

254 8,33·10^–8 s
ShutHighDelPrs
Feste Totzeit in der Abschaltbetriebsart.

150 8,75·10^–6 s
DampingFactor
1/Steuergeschwindigkeit. Steuerschritt = {[(Vref – VDC)/n] + 1}·83 ns14
MaxVDC
Software-ShutDown-Ton-Impuls der Leistungsfaktorkorrektur geht aus, wenn VDC diese Referenz überschreitet.

245 439,5 Volt
VDCRef
2,19 Volt (A/D-Pegel) Dies ist die normale VDC-Referenz.

223 400 Volt
VdcHys1
Bereich des stationären Zustands. Bei VDCRef+/-n ändert sich der Ton-Impuls der Leistungsfaktorkorrektur nicht.

2 3,6 Volt
VdcHys1
Forderung nach schneller Reaktion, schnelle PWM bei VDC±VdcHys1 oder höher. Wenn der Fehler zwischen VdcHys und VdcHys1 liegt, gibt es eine langsame Reaktion. PWM = schnell

14 25,1 Volt
PfcPWMPrs
Langsamer PWM-Reaktionsfaktor.
20
PfcPWMIPrs
Schneller PWM-Reaktionsfaktor (0, wenn kein PWM).
0
MinPFCStartUp
Sanftanlauf. Breite des Ton-Impulses der Leistungsfaktorkorrektur, wenn die Bus-Gleichspannung von null auf VDC steigt.

253 1,67·10^–07 s
PFCTimerPRs
"Langsame" Schleifenreaktion = 100 ms. Alle 10 ms wird der Zähler um 1 erhöht.
10
PFCLoopCounterPRs
"Schnelle" Schleifenreaktion = 1 ms. Alle 250 μs wird der Zähler um 1 erhöht.
4
Erfassungsrate von VDC
festgesetzt auf 500 μs
Verknüpfung zwischen Leistungsfaktorkorrektur und Gleichstrom/Wechselstrom: für Schritt neues Licht ist die Leistungsfaktorkorrektur bis zu 90% neues Licht "SCHNELL" und wird daraufhin zwischen 90% und 100% neues Licht "LANGSAM". "90%" ist nicht als ein Parameter enthalten.
Wenn das Licht durch "AUF" oder "AB" geändert wird, ist die Leistungsfaktor-Korrektursteuerung immer "LANGSAM".
DcAc-Parameter:
DcAcHys
Bereich für schnelle/langsame Reaktion, wenn Curr. Ref. höher als 75 ist. Wenn Curr. Ref. niedriger als 75 ist, gibt es nur eine langsame Reaktion. Unter 2 gibt es keine Änderung im Ton-Impuls. 2 ist nicht als ein Parameter enthalten.

5 1,96%
SlowDcAcPrs
PWM mit langsamer Reaktion von 20 möglichen Kombinationen des letzten und des nächsten Ton (HSD). Der Impuls kann sich alle 250 μs ändern.
20
FastDcAcPrs
PWM mit schneller Reaktion von 5 Kombinationen. Der Impuls kann sich alle 250 μs ändern.
5
StartDcAcPrs
Reaktion für ansteigendes DcAc StartUp (PWM), um das Licht nach dem Zünden zu starten.
15
HSD
Ton-Impuls ändert sich immer über alle Belastungskurvenpunkte.
StartTon
HSD-Ton-Impuls für Lampenzündung.

175 6,67·10^–6 s
StartTonTime
Dauer der HSD-Ton-Impulse für die Lampe. Zündung = 2·250 μs = 500 μs

2 500 μs

sehr schneller Anstieg auf StartTon bei NOPWM.
AbDelayPrs
Warte nach dem Abschalten die Abschaltperiode.

200 2 s
ShutTimerPrs
Warte nach dem Abschalten die Abschaltperiode.

200 2 s
EBCurrentRef
Untere Stromreferenz für niedrigeren Leistungsverlust im Nebenschlusswiderstand (EB).

51 1 Volt
LightLevel (6)
Tabelle für IR-Lichtdecodierung = n/2

"0, 2, 30, 80, 150, 200" "0, 1, 15, 40, 75, 100"%
LightBasePrs (4)
Festpunkte auf der Lampenkurve – für jeden Prozentsatzpunkt müssen 15, 40, 65, 100% Lampenstrom geliefert werden.

"30, 80, 130, 200" "15, 40, 75, 100"%
CurrentBase (4)
Volt 100-%-Licht-REFERENZ für ALLE LICHTSTÄRKEN

227 2,23
MaximumLightLevel
Vorschaltgerätfaktor.

200 100%
Zubehörparameter:
MaxLightSensor
Falls n = 251 bis 255 ist, ist der Belegungs-Schalter geschlossen.

250 2,45 Volt
MinStartDC
Für die Gleichstromsteuerung. Falls der Wert unter 10 (5%) ist, Leistungsabschaltung

10 5%
PLC-Parameter:
NoiseHys1
Digitalfilter für PLC nach der Summationsphase.
10
GlobalZone 0
TrxFreg (4)
PLC-Frequenzen. F = 3ee06/(64 – n)

" 33, 34, 35, 36" "96,77, 100, 103,44, 107,13" kHz
Das Folgende ist eine Leitungszuweisung und eine Funktionsbeschreibung für die ASICs der 15 und 21 und für das Steuermodul aus 16:

Das Folgende ist eine Betriebsbeschreibung, die die Einstellungen des Steuermoduls 111 und der ASIC 200 beschreibt:
Kundenwählbare Parameter für D.E.B.-Anwendungen
Der Kunde kann das Verhalten des Vorschaltgeräts durch Bestimmen mehrerer Vorschaltgerätparameter beeinflussen. Zur Bestimmung der Vorschaltgerätparameter wird Software verwendet. Die folgenden Kundenparameter beschreiben diese Parameter.
Kundenparametertabelle
Parametertabellenauswahl
Das Steuermodul 111 enthält in seinem PROM 13 Parametertabellen und in seinem EEPROM eine Kundenparametertabelle. Die Parameter der Tabellen 0-12 kann lediglich die Herstellung ändern. Der Kunde kann seine eigenen Parameter in der EEPROM-Tabelle 13 unter Verwendung eines Parameterentwicklungs-Bausatzes (PDK) programmieren.
Tabellen 0–3: Versionen für zwei T8-32-W-(Parallelkonfigurations-)Lampen (120-V-Zuleitungs-Anwendung). Tabellen 4-12: Versionen für zwei T8-36-W-(Parallelkonfigurations-)Lampen (230-V-Zuleitungs-Anwendung).
Natürlich ist die Kundenanpassung der internen Parametertabelle möglich. Eine gewünschte Parametertabelle wird durch Kombination der (mit den Anschlussstiften S0–S3 verbundenen) Mikrosteckbrücken (micro-jumper) S0, S1, S2, S3 zum Erzeugen einer Hexadezimalzahl ausgewählt. Für eine logische "0" ist eine Steckbrücke einzufügen, während für eine logische "1" offen zu lassen ist. Die folgende Parametertabellen-Auswahltabelle definiert die Auswahl der gewünschten Parametertabelle.
Parametertabellen-Auswahltabelle
Ausgewählte Vorschaltgerätkonfigurationsgerätsoptionen: ausgewählt über A/D-Eingang CNFG

Das Steuermodul 111 und die ASIC 200 ermöglichen einen Vorschaltgerätbetrieb in 5 verschiedenen Konfigurationen wie folgt:

PLC D.E.B.	Das Vorschaltgerät wird von der Wandsteuereinheit mit einer Powerline-Communication-Schnittstelle (PLC-Schnittstelle) ferngesteuert. In der PLC-Konfiguration kann bestimmt werden, dass das Vorschaltgerät zu einer von 7 verschiedenen Zonen gehört oder zu allen Zonen gehört. Die Vorschaltgerät-Zonenbestimmung wird über den A/D-Eingang ZONE ausgewählt (siehe Abschnitt PLC D.E.B. unten).
DC D.E.B.	Das Vorschaltgerät wird von der Gleichstrom-Wandsteuereinheit über Gleichstromleitungen gesteuert. (Siehe den folgenden Abschnitt LOCAL D.E.B.)
LOCAL D.E.B.	Das Vorschaltgerät wird von lokalen Infrarot-IR-Licht- und Belegungssensoren gesteuert. (Siehe den folgenden Abschnitt LOCAL D.E.B.)
Belegungs-D.E.B.	Das Vorschaltgerät wird vom lokalen Belegungssensor gesteuert. (Siehe den folgenden Abschnitt Belegungs-D.E.B.).
E.B.	Nicht abdunkelbares elektronisches Vorschaltgerät. (Siehe Abschnitt E.B.)

Die Vorschaltgerätkonfigurationstabelle zeigt die Vorschaltgerätkonfigurationsauswahl über den CNFG-Anschlussstift. Um die geforderte Konfiguration zu erhalten, ist zwischen den Anschlussstift CNFG und GND ein Widerstand zu schalten.
Vorschaltgerätkonfigurationstabelle
PLC D.E.B.
Start
Das Vorschaltgerät startet die Lampen mit der "niedrigsten Lichtstärke" (die in dem EEPROM gesichert ist). Die Lichtstärke bleibt in der niedrigsten Lichtstärke, bis von der Wandsteuereinheit über PLC-Kommunikation ein Abdunklungsbefehl gesendet wird.
PLC-Funktion
Das Vorschaltgerät empfängt von der Wandsteuereinheit (W.C.U.) über PLC-Fernsteuerkommunikation eine 17-Bit-Zeichenfolge. Die Bitzuweisung ist wie folgt:
1 Bit –Start
2 Bits –Steuerbetriebsarten
3 Bits –7 ausgewählte Zonen
6 Bits –64 Lichtstärken
4 Bits –Prüfsumme
1 Bit –Reserve
Die Kommunikationsrate ist 1 Bit pro Leitungszugriff (line cycle). Die PLC-Kommunikation ist mit der Zuleitungsphase synchronisiert.
Vorschaltgerätzonenidentifizierung
Die Bestimmung der Vorschaltgerätzonenidentität (0–7) wird durch Bereitstellung einer Spannung in gleichen äquidistanten Inkrementen zwischen 0 bis 2,5 V an den Zonenanschlussstift implementiert. Die Zonenauswahltabelle ist im Folgenden gezeigt.
Zonenauswahltabelle
EEPROM-Funktion
Wenn (über den Zuleitungsanschlussstift) "Zuleitung verschwunden" erfasst wird, wird das vorhandene Licht als "letzte Lichtstärke" in dem EEPROM gesichert. Wenn das Vorschaltgerät eingeschaltet wird, kehrt es zu dieser "letzten Lichtstärke" zurück. Wenn "Tabelle 15" (S0, S1, S2, S3 = "1") ausgewählt ist, kann der EEPROM auf eine gewünschte Parametertabelle programmiert werden. Wenn Tabelle 13 ausgewählt ist, wird die Parametertabelle aus dem EEPROM erhalten.
DC D.E.B.
Start
Das Vorschaltgerät startet die Lampen gemäß der letzten Lichtstärke aus der EEPROM-Parametertabelle und erhöht oder verringert daraufhin auf die gleichspannungsgesteuerte Lichtstärke, die in dem ZONE-Anschlussstift vorhanden ist. Diese Gleichspannungsstärke wird von der Gleichstrom-Steuereinheit angelegt. Die Lichtstärke bezieht sich gemäß der folgenden Formel auf die ZONE-Anschlussstiftspannung:
Lichtstärke = (ZONE-Anschlussstiftspannung/2,23 V)·maximale Lichtstärke Die maximale Lichtstärke wird erhalten, wenn die ZONE-Anschlussstiftspannung 2,23V (umgewandelt auf 227) ist.
Wenn die ZONE-Anschlussstiftspannung unter 110 mV fällt, geht das Lampenlicht auf 0. Das Vorschaltgerät startet, wenn die ZONE-Anschlussstiftspannung 140 mV übersteigt.
LOCAL D.E.B.
Start
Das Vorschaltgerät startet die Lampen gemäß der letzten in der EEPROM-Parametertabelle gesicherten Lichtstärke.
Lokale IR-Funktion
Das IR-Empfängerausgangssignal ist mit dem IR-Anschlussstift verbunden.
Der IR-Sender sendet 8 Codes: 5 voreingestellte Lichtstärkebefehle, Auf-, Ab- und Aus-Befehl.
Lichtsensorfunktion
Die Vorschaltgerätlichtstärke wird durch einen Lichtsensor gesteuert, der über den ZONE-Anschlussstift verbunden ist. Der ZONE-Anschlussstift wird über den Rückkopplungseingang in eine Digitalzahl umgewandelt und mit dem Sensorreferenzwert verglichen.
Der Sensorreferenzwert wird während der Rücksetzinitialisierung auf den Lichtsensorwert (ZONE-Anschlussstiftwert) eingestellt. Im Fall einer konstanten Spannung an dem ZONE-Anschlussstift (Steuerung (open loop)) bleibt die Lichtstärke auf der letzten Lichtstärke (kein Fehler erfasst – Sensorreferenz = ZONE-Anschlussstiftspannung, wobei kein Abdunklungs-AUF- oder -AB-Befehl erzeugt wird).
Der Abdunklungsbefehl von dem IR-Sender ändert die Sensorreferenz und ändert die Lichtstärke durch einen Regelungsmechanismus, um Folgendes zu erhalten:
Lichtsensor = neue Sensorreferenz.
Lichtsensor-Spannungsbereich ist 0,2 V bis 2,45 V.
Belegungsfunktion (in der lokalen Konfiguration)
Zwei Eingänge dienen der Belegungsfunktion:
Der "Belegung-AUS"-Befehl verwendet den Anschlussstift RCV. Eine logische "1" (Steuerung (open circuit)) an dem Anschlussstift RCV wird als "keine Anwesenheit" erfasst und schaltet das Vorschaltgerät aus. Eine logische "0" an dem Anschlussstift RCV wird als "Anwesenheit" erfasst und startet das Vorschaltgerät auf den letzten Lichtwert.
Der ZONE-Analogeingangs-Anschlussstift wird ebenfalls als "keine Anwesenheit, Sperren" verwendet. Falls die ZONE-Anschlussstiftspannung > 2,5 V ist, ist "keine Anwesenheit" gesperrt. Das Vorschaltgerät dunkelt das Licht auf die minimale Lichtstärke ab.
Nachdem der Belegungssensor eine Anwesenheit in dem Raum erfasst hat, kehrt das Vorschaltgerät zu der letzten Lichtstärke zurück. Zwischen der Erfassung von "keine Anwesenheit" (durch das Steuermodul) und der Abdunklungsoperation gibt es keine Verzögerungszeit.
Belegungs-D.E.B.
Start
Das Vorschaltgerät startet die Lampen gemäß der in der EEPROM-Parametertabelle gesicherten letzten Lichtstärke.
Belegungsfunktion
Der Anschlussstift RCV dient als ein "Anwesenheitserfassungs"-Eingang. Wenn an dem Anschlussstift RCV "keine Anwesenheit" erfasst wird (logisch "hoch" – offener Stromkreis), dunkelt das Vorschaltgerät das Licht auf die an dem ZONE-Anschlussstift definierte "Abdunklungslichtstärke" ab. Die Abdunklungslichtstärke wird im Moment von "keine Anwesenheit erfasst" gemäß der folgenden Formel gesichert:
Abdunklungslichtstärke = [maximale Lichtstärke]·[ZONE-Spannung zur Initialisierungszeit] 2,23 V.
Nachdem der Belegungssensor eine Anwesenheit in dem Raum erfasst hat (logische "0" am ZONE-Anschlussstift), kehrt das Vorschaltgerät zu der maximalen Lichtstärke zurück.
Anmerkung: Zwischen der Erfassung von "keine Anwesenheit" (durch das Steuermodul) und der Abdunklungsoperation gibt es keine Verzögerungszeit.
EB
Start
Das Vorschaltgerät startet die Lampen auf "maximale Lichtstärke".
E.B.-Funktion
Das Vorschaltgerät arbeitet nur mit der maximalen Lichtstärke. Abdunklung ist nicht möglich. Wie in allen anderen Konfigurationen wird durch Regelung über den ILAMP-Rückkopplungs-Eingangsanschlussstift der Lampenstrom stabilisiert. Die Spannung des ILAMP-Anschlussstifts in der Situation maximaler Lichtstärke ist 0,5 V.
Organisations-/Schutzschaltungen
Für die Schutzfunktionen des Vorschaltgeräts werden vier Anschlussstifte des Steuermoduls 111 und der ASIC 200 verwendet.
Der CL-Eingang wird für den Stromgrenzwertschutz des Leistungsfaktor-Korrekturschalters verwendet. Wenn das CL-Eingangssignal 2,5 V übersteigt, wird der PFCD-Ausgangsanschlussstift (Leistungsfaktorkorrektur-Ansteuer impulssignal) impulsweise gesperrt.
Der VDC-A/D-Eingangsanschlussstift wird für das Schließen der Gleichstrom-Busschleife (Leistungsfaktorkorrektur-Ausgangsschleife) und außerdem als ein Hardware-Überspannungsschutz-Erfassungseingang verwendet. (Eingang zum analogen Komparator). Wenn die Spannung des VDC-Anschlussstifts 2,5 V übersteigt, wird der PFCD-Ausgang impulsweise gesperrt. Außerdem wird der VDC-Eingang für den Software-Überspannungsschutz verwendet. Alternativ wird der PFCD-Ausgang (durch Software) impulsweise gesperrt, wenn die VDC-Anschlussstiftspannung 2,4 V übersteigt.
Der CT-Eingang wird verwendet, um die Halbbrücke auf einer Null-Volt-Schaltoperation (ZVS-Operation) zu halten. Falls die Last kapazitiv wird, blockiert der CT-Eingang teilweise den HSD- oder den LSD-Ausgang (erhöht er die Totzeiten, um den ZVS-Betrieb zu erhalten). Falls die Beschränkung 16-mal ein vollständiges Verschwinden der HSD-Impulse verursacht, werden 4 Zyklen freigegeben, ohne den CT-Eingang zu stören. Dieser Gesamtzyklus von 20 (16 + 4) wiederholt sich 16-mal und aktiviert die Anomal-Funktion, falls die Störung nicht verschwindet.
Der SD-Eingang wird verwendet, um Totalausfälle des Vorschaltgeräts zu erfassen. Wenn die SD-Eingangsspannung den steigenden Schwellenwert (2,2 V–3,5 V) des Schmidt-Triggers entsprechend dem Auftreten eines Totalausfalls des Vorschaltgeräts übersteigt, sperrt die Hardware sofort die Ausgänge HSD und LSD (schaltet sie ab), während die Software die Anomal-Funktion aktiviert. Die Steuereinheit versucht, das Vorschaltgerät 2 Sekunden nach dem Abschalten neu zu starten. Falls 2 Sekunden nach dem Zünden der Lampen keine Anomal-Angabe erfasst wird, setzt die Anomal-Schutzprozedur automatisch einen internen Ausfallzähler zurück. Falls der Ausfall weiter erfasst wird, versucht die Steuereinheit, das Vorschaltgerät 10-mal mit 3-Sekunden-Intervallen zwischen den Versuchen zu starten. Nach 10 Versuchen werden die Ausgänge HSD und LSD dauerhaft gesperrt. Der CT-Schutz wird ebenfalls als ein Totalausfall überwacht.
Eine Anomal-Bedingung des CT-Schutzes beginnt dieselbe Anomal-Schutzprozedur.

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe, wobei das elektronische Vorschaltgerät eine Eingangs-Wechselstrom-Schaltung (47, 48), einen Gleichtaktinduktor (31) zum Verbinden der Eingangs-Wechselstrom-Schaltung mit einem Gleichrichter in Brückenschaltung (30), eine einen Schalter (Q1) der oberen Seite und einen Schalter (Q2) der unteren Seite aufweisende Wechselrichterschaltung, die mit dem Gleichrichter in Brückenschaltung verbunden ist, und einen die Wechselrichterschaltung mit der Gasentladungslampe (45) verbindenden und diese ansteuernden Schwingkreis (40, 41), gekennzeichnet durch eine Überwachungsschaltung (60, 61), die mit dem Gleichtaktinduktor verbunden ist, zum Erfassen eines an einer Erdungsverbindung anliegenden Hochfrequenz-Erdschlussstroms, der eine Frequenz hat, die höher als die Frequenz der Eingangs-Wechselstrom-Schaltung ist, und eine Steuerungsschaltung (62), die mit der Überwachungsschaltung verbunden ist, zum Ausschalten mindestens entweder der Wechselrichterschaltung oder der an die Wechselrichterschaltung gelieferten Leistung, wenn der Hochfrequenz-Erdschlussstrom einen bestimmten Wert übersteigt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (33), der Leistungsfaktoren korrigiert und zwischen den Gleichrichter in Brückenschaltung und den Wechselrichter geschaltet ist, wobei ein Ausgang der Steuerungsschaltung mit dem Leistungsfaktoren korrigierenden Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verbunden ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung eine Zusatzspule (60) auf dem Gleichtaktinduktor sowie eine Diodeneinrichtung (61), die zwischen die Zusatzspule und die Steuerung geschaltet ist, aufweist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für eine Vielzahl von Gasentladungslampen (45, 45), die entfernbar in einer Halterung angebracht sind, wobei entsprechende Glühfäden (43, 44) davon parallel zu einem Ausgang der Wechselrichterschaltung geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis (40, 41, 70, 71, 75, 76) so konstruiert und konfiguriert ist, dass er einen vom Ausgang des Wechselrichters ausgehenden Schaltungspfad für eine bestimmte Gasentladungslampe öffnet, wenn die Lampe aus ihrer Halterung genommen wird.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 4, wobei die Gasentladungslampen erste und zweite Glühfäden enthalten, wobei erste und zweite Klemmen der ersten bzw. zweiten Glühfäden parallel geschaltet sind, der Wechselrichterschaltungsausgang eine erste und eine zweite Klemme (35, VSS-Bus) aufweist und der Verbindungsschwingkreis einen Induktor (40) und einen Kondensator (41) aufweist, der mit einer Klemme des Ausgangs des Wechselrichters in Reihe geschaltet ist, und weiter dadurch gekennzeichnet, dass: eine erste und eine zweite Spule (70, 71) mit dem Induktor verbunden sind; eine erste und eine zweite Diode (75, 76) mit der ersten bzw. der zweiten Spule in Reihe geschaltet sind, die erste Spule und die erste Diode in einer Reihenschaltung mit den ersten Glühfäden geschaltet sind; die zweite Spule und die zweite Diode in einer Reihenschaltung mit den zweiten Glühfäden geschaltet sind; die ersten Klemmen der ersten Glühfäden über den in Reihe geschalteten Induktor und Kondensator des Verbindungsschwingkreises mit der ersten Klemme des Wechselrichterausgangs verbunden sind; und die ersten Klemmen der zweiten Glühfäden direkt mit der zweiten Klemme des Wechselrichterausgangs verbunden sind.