EP0989786B1 - Process and circuit for controlling the light intensity and the behaviour of gas discharge lamps - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and a circuit arrangement for Control of the brightness and operating behavior of gas discharge lamps.
- An electronic ballast of modern design are used to control Fluorescent lamps. On the one hand, the fluorescent lamps are gentler operated and on the other hand, the efficiency of such lamp types be raised.
- An electronic ballast regularly has the following features:
- a supply voltage which can be a direct or alternating voltage, is fed to a rectifier and an intermediate capacitor via a mains input filter. If the device is operated exclusively with DC voltage, the rectifier can also be omitted.
- a high intermediate circuit voltage U 0 is formed on the intermediate circuit capacitor, which is of the order of magnitude of approximately 300 V with a conventional mains voltage supply of 220 V.
- An AC voltage generator is connected to the DC link, which is formed by a half-bridge or full-bridge inverter. It outputs a frequency-variable output voltage to an output load circuit which, unless a half-bridge circuit with an artificial voltage means tap is provided, has a series resonance circuit. The discharge path of the gas discharge lamp or fluorescent lamp to be controlled lies in the series with the series resonance circuit.
- the output frequency of the inverter is approximately 10 kHz to 50 kHz.
- the efficiency of the connected Fluorescent lamps increased compared to operation on the 50 Hz supply network.
- An increased level of yield is achieved with the same electrical power consumption.
- the inverter output side Inductance of the series resonance circuit can be kept small.
- the variable frequency control a brightness control of the above - on the normal network Difficult to control (dimmable) fluorescent lamp.
- the frequency control also ignites the fluorescent lamp can be prepared and initiated.
- a ballast described in US-4,523,128 has one Control device on the over the power supply line using Powerline Carrier Procedure (PLC) digital control commands are supplied. These control commands include u. a. Switch-on commands and dimming value commands for regulating the brightness of the Lamp. They are decrypted in a decoding device and converted into control signals Control of the inverter implemented so that the desired lamp brightness is achieved. Furthermore, the lamp and the inverter are received when a Shutdown command decommissioned in this state (SLEEP operating state) if possible to consume little energy.
- PLC Powerline Carrier Procedure
- FR 2 417 876 shows a ballast that if an operating AC voltage fails, it automatically switches to a emergency power supply passes over and performs an ignition process.
- the control and / or regulating device is preferably in the presence of the SLEEP operation corresponding switch-off command at the same time as the AC generator or shutdown slightly delayed. Only on receipt a new brightness command is then together with the AC generator reactivated.
- the mains voltage U N is supplied to the input circuit 20 (rectifier circuit), possibly via a switch S1. This generates the intermediate circuit voltage U 0 , U dc , which is fed to the alternating voltage generator 30 (inverter).
- the AC voltage generator 30 outputs its high-frequency output voltage U HF to an output load circuit 40 which contains one or more fluorescent lamps LA1, LA2.
- a plurality of system measured values can be taken from both the AC voltage generator 30 and the load circuit 40. Together, the measured values are fed to a control and regulating circuit 17, which in turn generates the digital control signals for the inverter 30.
- a plurality of electronic ballasts 60-1, 60-2, 60-3, ..., 60-i are connected to a common bus line 12. All ECGs are connected via this bus line to the central control device 50, to which a display unit 51 is assigned. Via bus line 12, it is now possible to control one or more of the aforementioned ECGs and to transmit commands to them, such as switching off, switching on, igniting or the like. Brightness values can also be preset and, in return, error information can be queried from the individual devices. The control unit 50 is thus informed of the overall system status at all times, which means that a high degree of operational reliability can be guaranteed and accelerated maintenance of the decentralized ECGs or for their fluorescent lamps is possible.
- FIG. 3 shows the control and regulating device 17 as an integrated circuit.
- the plurality of measured values m which correspond to the process signals of FIG. 1 are fed to it. It emits two digital control signals for the output stage transistors of the inverter 30, which are amplified and potential-shifted via a driver circuit 31.
- control and regulating device 17 In addition to the m measured values, the control and regulating device 17 also receives n target values fed. These influence the predeterminable control behavior. Furthermore is as part of the control and regulating circuit 17 or separately a transmission and Receiving device 10 provided directly or by means of a coupling circuit is connected to the bus line 12. It forms the serial interface that it Control and regulating device enables error and operating status information to be transmitted to the central control unit 50.
- n target values can also be transmitted and received by this transmitting and receiving device 10 are fed to the control circuit after appropriate preparation 17 passes on.
- Setpoints can be, for example, the emergency lighting level (NOT), the minimum brightness level (MIN) and the maximum brightness level (MAX), within the latter two the predefined brightness level (DIMM) in the Moving operations.
- Each decentralized ECGs are assigned an address that enables individual ECGs to be to address the address of the transmitting and receiving device 10 and information to query them or give them orders.
- the bidirectional way of working the bus line 12 enables problem-free and low-effort cabling Large number of decentralized ECGs with a central control unit (50).
- the intermediate circuit voltage U 0 should be smoothed well.
- a voltage divider R18, R28 is connected to the intermediate circuit capacitor C4 a measurement signal proportional to the intermediate circuit voltage can be tapped.
- a signal proportional to the supply voltage is detected and just like the DC link voltage-dependent measurement signal of the control and Control device 17 supplied. Both measurement signals are used for supply voltage monitoring and thus the operational security of the TOE.
- FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a load circuit 40 according to the invention with a heat exchanger L5 for preheating the filaments of the fluorescent lamp LA1.
- the exemplary embodiment of the invention has a pair of these branches, that is to say two fluorescent lamps LA1, LA2 at an AC voltage output which emits the high-frequency AC voltage U HF between the series-connected power switching transistors V21 and V28.
- the AC voltage generator is supplied with an intermediate circuit voltage U dc from the input circuit 20 shown in FIG. 4. Since the fluorescent lamps have a negative internal resistance during operation, they must be supplied with high voltage peaks during the ignition process (ZÜND) and with appropriate heating energy when heating the filaments.
- a series resonance circuit L2, C15 leads via a balancing element TR1, which will be explained later, to the discharge path H2, H4 of the fluorescent lamp. Furthermore, a measuring resistor R32 is connected in series with the fluorescent tube, at which a voltage proportional to the lamp current I L1 is tapped and fed to the control and regulating circuit 17.
- An ignition capacitor C17 is connected to ground (ZERO) between coil L2 and capacitor C15.
- a voltage proportional to the heating coil current I W1 is tapped from the latter and fed to the control and regulating circuit 17 as a further system measurement variable. Since the inverter 30 impresses an output voltage and the heat exchanger is essentially parallel to the fluorescent lamp LA1, a voltage is impressed on its secondary windings via the heat exchanger. The two secondary windings each supply one of the two heating coils H1, H2 and H3, H4 potential-free. The sum of the heating coil currents I W1 is thus measured at the primary-side measuring resistor R10.
- the Zener diode V 15 which is still connected in series, generates a DC component in the primary winding of L5, which, however, is not transmitted, but is missing in the lamp current I L1 and thus the discharge of the lamp with an additional DC component in the order of magnitude of approx. 1% of the actual discharge current provided.
- the "running layers” consist in particular of light / dark zones which occur during dimming and run along the tube at a predetermined speed. A superimposition of low direct current accelerates this running effect in such a way that it no longer has a disturbing effect.
- the inverter 30 is operated at a high frequency f max , so that an AC voltage occurs at C17 which is not suitable for igniting the lamp LA1.
- the filaments of the lamp are heated via L5, the lamp absorbing a high and then a lower heating current due to the thermistor effect of the filaments.
- the ignition (IGNITION) of the lamp is initiated.
- the series resonance circuit L2, C15 or L3, C16 is strongly damped. On the one hand, this causes a shift in the resonance frequencies f 0 and, on the other hand, an immediate drop in the AC voltage applied to the respective lamp. The decrease is detected by the control and regulating circuit 17 via the voltage divider R27, R25 connected in parallel to the lamp. This then initiates the actual operating phase (DIMM) of the lamps.
- DIMM actual operating phase
- the combination of the capacitor C24 and the diodes V30, V31 causes a frequency-dependent Damping the output circuit in the event of a voltage surge. It is in front important when high frequencies and high impedances occur, e.g. if there is no lamp or if the filament is already warm. The wiring This type helps the voltage surge when the lamp is not ignited or missing then limit if it is undesirable. C24 is selected so that the damping remains small enough at the time of ignition.
- a signal which is proportional to the lamp current is obtained from them and can be multiplied in the control and regulating circuit 17 by the aforementioned lamp voltage signal. In this way it is ensured that at any time of the actual lamp power is P or E brightness proportional signal is available, which can be preset to a precise brightness control as the feedback.
- FIG. 7 shows the inverter 30 in more detail with its output power transistors V28, V21. Between them, the high-frequency AC voltage U HF is output to the load circuit 40 explained above.
- the two power transistors are controlled via a control circuit 31, which receives its control signals from the control and regulating circuit 17. Possibly. unbalanced turn-off / turn-on delays come into consideration for the respective transistors, so that a common conduction of both transistors V21, V28 can be avoided in principle.
- the upper transistor is supplied via a bootstrap circuit (not shown), the lower transistor and the system controller 10, 17, 31 receive their drive voltage via a series resistor and a smoothing capacitor C5 from the intermediate circuit voltage U 0 .
- the current that can be supplied to the smoothing capacitor C5 through the series resistor or a current source I q is sufficient to supply the IC31 and the control and regulating circuit 17 in the switched-off mode (SLEEP).
- the load circuit 40 of the inverter 30 is in an impermissible capacitive range. It represents a danger to the controlling inverter.
- a phase angle analysis can also be used, in which the load current I L1 is set in relation to the inverter branch current I max and from this the relative phase of both currents Detection of the operating state is used.
- FIG. 8c An advantageous further development of this circuit is shown in FIG. 8c.
- the circuit is protected against polarity reversal by using a secondary winding with center tap.
- Optical coupling can also be used, but this has an increased power consumption.
- Control signal "OFF" represented by the binary word "zero” is possible.
- SLEEP power-saving shutdown mode
- the inverter 30 and the control circuit 31 are shut down and, if necessary, after a few more Time delay also the main components of the control and regulating circuit 17.
- Only the receiving circuit of the transmitting and receiving device 10 and the Monitoring circuit for the detection of an emergency operation (EMERGENCY) remain activated.
- the total circuit power drops below 1 W.
- the control circuit 17 immediately takes the Switch-on sequence before that with preheating and ignition process (IGNITION) in the stationary Operation transferred and there is an immediate adjustment of the desired Brightness value (DIMM).
- control and regulating circuit 17 In addition to controlling the brightness and the emergency lighting mode as well as the switch-off mode (SLEEP mode), the control and regulating circuit 17 also has the task of to take all the aforementioned process variables the information that for Monitoring and control of the TOE are important.
- control and regulating circuit 17 switches all functions if the voltage becomes too high and can only be restored The function goes once the voltage has been switched off and on again.
- an emergency voltage supply U B which is obtained from batteries or a generator, is placed on the mains voltage line.
- the ECGs recognize this automatically.
- the brightness of the fluorescent lamps is no longer specified by the digitally specified brightness value DIMM, but by a trim value that can be specified locally on the device and can be specified via the input U NOT .
- the ECG is in switch-off mode (SLEEP) when this emergency operation occurs, ie the lamp and inverter are switched off, it will first carry out the normal ignition process (IGNIT) in order to subsequently switch to the emergency operating brightness.
- SLEEP switch-off mode
- the ECG When the end of the emergency operating state is recognized, the ECG returns to the previous state back, this can be the OFF state if the TOE was previously there. This However, it can also be the original brightness value (DIMM), if this is required of the emergency operation.
- DIMM original brightness value
- the detection of the filament current detects whether either a lamp is not inserted or one of the two filaments is broken.
- the inverter 30 is operated at its maximum frequency f max , which on the one hand results in the heating current still flowing when the defective lamp has been replaced and on the other hand reduces the voltage on the defective lamp to the smallest possible extent , This is important to comply with the safety regulations according to VDE.
- the inductive part of the series resonance circuit in the output becomes so high at the above-mentioned high frequency f max with respect to the capacitive resistance of the ignition capacitor C17 that the voltage at the output is limited to harmless values and there is no danger for the maintenance personnel.
- the internal sequence control in the control and regulating circuit 17 also continues to limit the number of start attempts to two and sets (sends) whenever one There is an error if e.g. B. the lamp is missing if a filament break or a There is a gas defect, an error signal via the transmitting and receiving device 10 the bidirectional bus 12. This also applies in emergency mode because the lamp is defective emergency operation cannot be maintained.
- Wiring errors that lead to a short circuit in the discharge path of the lamp can be detected on the basis of the process signals when the lamp voltages be monitored for a predetermined minimum value. One leads Falling below this specified value, as in the case of mains overvoltage monitoring to switch off the entire ECG.
- the unwillingness to ignite the lamp is from the control and Control circuit 17 detected. If the lamp is within a predetermined ignition timing cannot be ignited, d. H. when there is a drop in voltage across the ignition capacitor C17 does not occur within this period, the lock mentioned applies on.
- a repeat time can also be waited for after which a new attempt to start and start is made. If no ignition success is achieved here either, the control and regulating circuit 17 reacts as in the case of a broken heating coil and sets the frequency of the inverter 30 to the maximum value f max .
- the following is explained for the brightness control of the fluorescent lamps.
- a real brightness control is used, since this guarantees the same lamp outputs regardless of the lamp type - with essentially the same lamp efficiency.
- the measured values determining the actual value, lamp current and lamp voltage are multiplied and compared in analog or digital form with the setpoints predetermined by remote control via the transmitting and receiving device 10.
- the comparison result controls the frequency f of the alternating voltage generator 30 directly or via a controller. If a more precise gradation of brightness is desired, a logarithmic setpoint adjustment can take place. Exponential actual value weighting can be carried out in the same way. In addition to the independence of the lamp type, compensation is also achieved for lamp age, the existing operating temperature and also the possibly fluctuating mains voltage U N.
- the ECG 60 shows a program-controlled "soft start” as a brightness-time diagram shown schematically.
- the ECG 60 is initially in the switched-off state (OUT).
- the "Softstart” command now either leads to an automatic one slope-controlled increase in lamp brightness - after ignition - or closed a program-controlled incremental increase in lamp brightness levels. in the the latter case are determined by the central control device 50 Periods of incrementally increasing brightness values are sent.
- the decentralized ECGs follow the requirements almost instantaneously. This will make a rate of change-controlled (regulated) rise and fall of the decentralized light sources possible.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Helligkeit und des Betriebsverhaltens von Gasentladungslampen.The present invention relates to a method and a circuit arrangement for Control of the brightness and operating behavior of gas discharge lamps.
Elektronische Vorschaltgeräte moderner Bauweise dienen der Ansteuerung von Leuchtstofflampen. Dabei werden die Leuchtstofflampen zum einen schonender betrieben und zum anderen kann der Wirkungsgrad derartiger Lampentypen heraufgesetzt werden. Ein elektronisches Vorschaltgerät weist dabei regelmäßig die folgenden Merkmale auf:Electronic ballasts of modern design are used to control Fluorescent lamps. On the one hand, the fluorescent lamps are gentler operated and on the other hand, the efficiency of such lamp types be raised. An electronic ballast regularly has the following features:
Über einen Netzeingangsfilter wird eine Versorgungsspannung, die eine Gleich- oder Wechselspannung sein kann, einem Gleichrichter und einem Zwischenkondensator zugeführt. Soweit das Gerät ausschließlich mit Gleichspannung betrieben wird, kann der Gleichrichter auch entfallen. Auf dem Zwischenkreiskondensator wird eine hohe Zwischenkreisspannung U0 gebildet, die bei üblicher Netzspannungsversorgung von 220 V in der Größenordnung von ca. 300 V liegt. An den Zwischenkreis schließt sich ein Wechselspannungsgenerator an, dieser wird von einem Halbbrücken- oder Vollbrückenwechselrichter gebildet. Er gibt eine frequenzvariable Ausgangsspannung an einen Ausgangs-Lastkreis ab, der, sofern keine Halbbrückenschaltung mit künstlichem Spannungsmittelabgriff vorgesehen ist, einen Serienresonanzkreis aufweist. In der Reihe zu dem Serienresonanzkreis liegt die Entladungsstrecke der zu steuernden Gasentladungslampe oder Leuchtstofflampe.A supply voltage, which can be a direct or alternating voltage, is fed to a rectifier and an intermediate capacitor via a mains input filter. If the device is operated exclusively with DC voltage, the rectifier can also be omitted. A high intermediate circuit voltage U 0 is formed on the intermediate circuit capacitor, which is of the order of magnitude of approximately 300 V with a conventional mains voltage supply of 220 V. An AC voltage generator is connected to the DC link, which is formed by a half-bridge or full-bridge inverter. It outputs a frequency-variable output voltage to an output load circuit which, unless a half-bridge circuit with an artificial voltage means tap is provided, has a series resonance circuit. The discharge path of the gas discharge lamp or fluorescent lamp to be controlled lies in the series with the series resonance circuit.
Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters beträgt in etwa 10 kHz bis 50 kHz.The output frequency of the inverter is approximately 10 kHz to 50 kHz.
Bei den genannten Frequenzen wird der Wirkungsgrad der angeschlossenen Leuchtstofflampen gegenüber einem Betrieb an dem 50 Hz-Versorgungsnetz erhöht. Eine erhöhte Richtausbeute wird bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme erzielt. Weiterhin kann aufgrund der hohen Frequenz die wechselrichter-ausgangsseitige Induktivität des Serienresonanzkreises kleingehalten werden. Schließlich erlaubt die variable Frequenzsteuerung eine Helligkeitsregelung der genannten - am normalen Netz nur schwer helligkeitsregelbaren (dimmbaren) - Leuchtstofflampe. Hinzu kommt schließlich, daß über die Frequenzsteuerung auch eine Zündung der Leuchtstofflampe vorbereitet und initiiert werden kann. At the frequencies mentioned, the efficiency of the connected Fluorescent lamps increased compared to operation on the 50 Hz supply network. An increased level of yield is achieved with the same electrical power consumption. Furthermore, due to the high frequency, the inverter output side Inductance of the series resonance circuit can be kept small. Finally, the variable frequency control a brightness control of the above - on the normal network Difficult to control (dimmable) fluorescent lamp. Come in addition finally that the frequency control also ignites the fluorescent lamp can be prepared and initiated.
Zu dem vorgenannten Zündvorgang gehört zur Schonung der Leuchtstofflampen auch ein sogenannter Warmstart, bei dem die Heizwendeln der Leuchtstofflampe vorgeheizt werden, bevor die Lampe aufgrund von Resonanzerscheinungen mit einer hohen Zündspannung beaufschlagt wird, die zur Zündung und damit zum Betrieb der Gasentladungslampe führt. Die Variation der Frequenz, welche die Zündung kontrolliert, erlaubt auch im Betrieb der Gasentladungslampe durch Frequenzverschiebung eine nahezu stufenlose Helligkeitsregelung in weiten Grenzen. Eine solche stufenlose und kontinuierliche Steuerung der Helligkeit erfordert aufgrund des negativen Innenwiderstands der im Betrieb befindlichen Leuchtstofflampe besondere Maßnahmen.To protect the fluorescent lamps is also part of the aforementioned ignition process a so-called warm start, in which the heating filaments of the fluorescent lamp are preheated before the lamp due to resonance with a high Ignition voltage is applied to the ignition and thus to operate the Gas discharge lamp leads. The variation in frequency, which is the ignition controlled, also allows operation of the gas discharge lamp Frequency shift an almost infinitely variable brightness control within wide limits. Such stepless and continuous control of the brightness requires due to the negative internal resistance of the fluorescent lamp in operation Activities.
Einen wesentlichen Gesichtspunkt für die Entwicklung eines modernen EVG's bildet daher zum einen eine möglichst vielseitige Steuerungsmöglichkeit, insbesondere eine Helligkeitsregelung. Zum anderen ist es ein Anliegen moderner EVG's, eine komfortable Handhabung und Bedienung vieler dezentral angeordneter Lichtquellen zu gewährleisten. Dies insbesondere im Hinblick auf Großprojekte, bei denen weitläufige Beleuchtungssysteme mit einer großen Anzahl von Lichtquellen zu installieren sind.An essential point of view for the development of a modern electronic ballast therefore on the one hand the most versatile possible control, in particular one Brightness control. On the other hand, it is a concern of modern electronic ballasts, one Comfortable handling and operation of many decentrally arranged light sources guarantee. This is especially true with regard to large projects where extensive Lighting systems with a large number of light sources must be installed.
Ein in der US-4,523,128 beschriebenes Vorschaltgerät weist eine Steuereinrichtung auf, der über die Stromversorgungsleitung mittels Powerline Carrier Verfahren (PLC) digitale Steuerbefehle zugeführt werden. Diese Steuerbefehle umfassen u. a. Einschaltbefehle und Dimmwertbefehle zur Regelung der Helligkeit der Lampe. Sie werden in einer Decodiervorrichtung entschlüsselt und in Steuersignale zur Ansteuerung des Wechselrichters umgesetzt, so daß die gewünschte Lampenhelligkeit erzielt wird. Ferner werden die Lampe und der Wechselrichter bei Empfang eines Abschaltbefehls stillgelegt, um in diesem Zustand (SLEEP-Betriebszustand) möglichst wenig Energie zu verbrauchen. A ballast described in US-4,523,128 has one Control device on the over the power supply line using Powerline Carrier Procedure (PLC) digital control commands are supplied. These control commands include u. a. Switch-on commands and dimming value commands for regulating the brightness of the Lamp. They are decrypted in a decoding device and converted into control signals Control of the inverter implemented so that the desired lamp brightness is achieved. Furthermore, the lamp and the inverter are received when a Shutdown command decommissioned in this state (SLEEP operating state) if possible to consume little energy.
FR 2 417 876 zeigt ein Vorschaltgerät, das
bei Ausfall einer Betriebswechselspannung automatisch auf eine
Notstromversorgung
übergeht und einen Zündvorgang durchführt.
DE 3 518 063 A1 zeigt eine Betriebsschaltung für Leuchtstofflampen, wobei eine Notstromversorgung über die gewöhnliche Netzspannungsleitung erfolgt. DE 3 518 063 A1 shows an operating circuit for Fluorescent lamps, with an emergency power supply via the usual mains voltage line.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Heiligkeit und des Betriebsverhaltens von Gasentladungslampen anzugeben, bei dem die Lampe auch bei Ausfall einen Versorgungswechselspannung betriebsfähig bleibt.It is therefore an object of the present invention to provide a method for controlling the Holiness and the operating behavior of gas discharge lamps, in which the Lamp even in the event of failure of an AC supply voltage remains operational.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren entsprechend dem Anspruch 1 bzw. durch eine
Schaltungsanordnung entsprechend dem Anspruch 2 gelöst. The object is achieved by a method according to
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung wird vorzugsweise bei Vorliegen des dem SLEEP-Betrieb entsprechenden Abschaltbefehls zeitgleich mit dem Wechselspannungsgenerator oder geringfügig verzögert stillgelegt. Erst bei Empfang eines neuen Helligkeitsbefehls wird sie dann zusammen mit dem Wechselspannungsgenerator wieder aktiviert.The control and / or regulating device is preferably in the presence of the SLEEP operation corresponding switch-off command at the same time as the AC generator or shutdown slightly delayed. Only on receipt a new brightness command is then together with the AC generator reactivated.
Neben dem stromsparenden SLEEP-Betrieb ermöglicht die Steuer- und Regeleinrichtung auch einen helligkeitsgeregelten Dimmbetrieb (DIMM). Zusätzlich zu der sich dadurch ergebenen komfortablen Helligkeitsregelung erlaubt die Steuer- und Regeleinrichtung schließlich auch zielgerichtet eine Erhöhung der Lebensdauer der Leuchtstofflampen sowie eine Gewährung von Sicherheitsinteressen. Mit ihrer Hilfe kann beispielsweise das Betriebsverhalten und der jeweilige Betriebszustand der von einem EVG versorgten Leuchtstofflampen genauestens gesteuert und überwacht werden. So werden Warmstart-, Zünd-, Dimm- und Abschaltvorgang (ZÜND, DIMM, AUS, EIN) mit hoher Präzision und lampenschonend aneinandergereiht. Unzulässige Betriebsbedingungen werden vermieden, vor einer jeweiligen Zündung wird für eine ausreichende Vorwärmung der Heizwendeln gesorgt.In addition to the energy-saving SLEEP operation, the control and Control device also a brightness-controlled dimming (DIMM). In addition to The resulting comfortable brightness control allows the control and Finally, the control device also specifically increases the service life of the Fluorescent lamps and a granting of security interests. With your help For example, the operating behavior and the respective operating state of the fluorescent lamps supplied with an electronic ballast can be precisely controlled and monitored. This is how the warm start, ignition, dimming and switch-off process (IGNITION, DIMM, OFF, A) lined up with high precision and gentle on the lamp. Unacceptable Operating conditions are avoided, before a respective ignition is carried out for a sufficient preheating of the heating coils is ensured.
Gestützt auf die Zeichnung wird nachfolgend eine Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.Based on the drawing, an embodiment of the invention is below explained in more detail.
Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Blockschaltbild eines EVG's gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild eines Systemgedankens, bei dem mehrere dezentrale EVG's mit einem zentralen Steuergerät über eine Busleitung verbunden sind,
- Fig. 3
- ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Steuer- und Regeleinrichtung als integrierte Schaltung,
- Fig. 4
- ein Prinzipschaltbild eines Eingangskreises mit zwei Meßwerterfassungen,
- Fig. 5
- ein Ausführungsbeispiel der transformatorgekoppelten Wendelbeheizung einer Leuchtstofflampe mit drei Meßfühlern,
- Fig. 6
- ein Ausführungsbeispiel eines Ausgangskreises mit einem Symmetrierelement für zwei Leuchtstofflampen,
- Fig. 7
- ein Prinzipschaltbild des Wechselspannungsgenerators mit ihn ansteuernder Treiberschaltung,
- Fig. 8a-c
- jeweils ein Blockschaltbild der Sende- und Empfangseinrichtung mit verschieden ausgestalteten Koppelschaltungen zur Busleitung,
- Fig. 9
- ein Helligkeits- Zeitdiagramm zur Erläuterung des Abschalt- und des Notbeleuchtungsbetriebes,
- Fig. 10
- ein Helligkeits-Zeitdiagramm zur Erläuterung der Softstart- bzw. Softstopfunktion bei einer Systemkonfiguration gemäß Fig. 2.
- Fig. 1
- 2 shows a block diagram of an electronic ballast according to the present invention,
- Fig. 2
- 1 shows a block diagram of a system concept in which several decentralized ECGs are connected to a central control device via a bus line,
- Fig. 3
- 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of the control and regulating device as an integrated circuit,
- Fig. 4
- a basic circuit diagram of an input circuit with two measured value acquisitions,
- Fig. 5
- an embodiment of the transformer-coupled filament heating of a fluorescent lamp with three sensors,
- Fig. 6
- an embodiment of an output circuit with a symmetrizing element for two fluorescent lamps,
- Fig. 7
- 2 shows a basic circuit diagram of the AC voltage generator with the driver circuit controlling it,
- 8a-c
- in each case a block diagram of the transmitting and receiving device with differently configured coupling circuits for the bus line,
- Fig. 9
- a brightness-time diagram to explain the shutdown and emergency lighting operation,
- Fig. 10
- 2 shows a brightness-time diagram to explain the soft start or soft stop function in a system configuration according to FIG. 2.
Fig. 1 zeigt zunächst ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
EVGs. Die Netzspannung UN wird - ggf. über einen Schalter S1 - dem Eingangsschaltkreis
20 (Gleichrichterschaltkreis) zugeführt. Dieser erzeugt die
Zwischenkreisspannung U0,Udc, die dem Wechselspannungsgenerator 30
(Wechselrichter) zugeführt wird. Der Wechselspannungsgenerator 30 gibt seine
hochfrequente Ausgangsspannung UHF an einen Ausgangs-Lastkreis 40 ab, der eine
oder mehrere Leuchtstofflampen LA1,LA2 enthält. Sowohl dem
Wechselspannungsgenerator 30 als auch dem Lastkreis 40 sind eine Mehrzahl von
System-Meßwerten (Prozeßgrößen) entnehmbar. Gemeinsam werden die Meßwerte einer
Steuer- und Regelschaltung 17 zugeführt, die ihrerseits die digitalen Ansteuersignale für
den Wechselrichter 30 erzeugt. Diese werden über eine Treiberschaltung 31
potentialverschoben und den Ausgangs-MOS-FETs des Wechselrichters zugeführt. Der
Steuer- und Regeleinrichtung 17 ist außerdem eine Sende- und Empfangseinrichtung 10
zugeordnet, die über eine Busleitung 12 mit anderen EVGs und/oder mit einem zentralen
Steuergerät 50 verbunden ist. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an electronic ballast according to the invention. The mains voltage U N is supplied to the input circuit 20 (rectifier circuit), possibly via a switch S1. This generates the intermediate circuit voltage U 0 , U dc , which is fed to the alternating voltage generator 30 (inverter). The
Letzteres wird von Fig. 2 gezeigt. Dort sind eine Mehrzahl von EVGs 60-1,60-2,60-3,...,60-i
an einer gemeinsamen Busleitung 12 angeschlossen. Alle EVGs sind über diese
Busleitung mit dem zentralen Steuergerät 50 verbunden, dem eine Anzeigeeinheit 51 zugeordnet
ist. Über die Busleitung 12 wird es nun möglich, einzelne oder mehrere der genannten
EVGs anzusteuern und ihnen Befehle zu übertragen, wie Ausschalten, Einschalten,
Zünden o. ä. Auch können Helligkeitswerte voreingestellt werden und im Gegenzug
Fehlerinformationen von den einzelnen Geräten abgefragt werden. So ist das Steuergerät
50 jederzeit über den Gesamt-Systemzustand informiert, wodurch ein hohes Maß an Betriebssicherheit
gewährt werden kann und eine beschleunigte Wartung der dezentralen
EVGs, bzw. für deren Leuchtstofflampen, möglich wird.The latter is shown in Fig. 2 . There, a plurality of electronic ballasts 60-1, 60-2, 60-3, ..., 60-i are connected to a
Die in Fig. 1 gezeigten Funktionsblöcke 20,30,40,10,17 werden anhand der folgenden Figuren nun näher erläutert.The functional blocks 20, 30, 40, 10, 17 shown in Fig. 1 are described with reference to the following Figures now explained in more detail.
Fig. 3 zeigt hierzu die Steuer- und Regeleinrichtung 17 als integrierte Schaltung. Ihr
werden die Vielzahl von Meßwerten m, welche den Prozeßsignalen der Fig. 1
entsprechen, zugeführt. Sie gibt zwei digitale Ansteuersignale für die Endstufen-Transistoren
des Wechselrichters 30 ab, die über eine Treiberschaltung 31 noch verstärkt
und potentialverschoben werden. 3 shows the control and regulating
Neben den m Meßwerten werden der Steuer- und Regeleinrichtung 17 auch n Sollwerte
zugeführt. Diese beeinflussen das vorgebbare Steuer- und Regelverhalten. Weiterhin ist
als Teil der Steuer- und Regelschaltung 17 oder separat eine Sende- und
Empfangseinrichtung 10 vorgesehen, die direkt oder mittels eines Koppelschaltkreises
mit der Busleitung 12 verbunden ist. Sie bildet die serielle Schnittstelle, die es der
Steuer- und Regeleinrichtung ermöglicht, Fehler- und Betriebszustandsinformationen
dem zentralen Steuergerät 50 zu übermitteln.In addition to the m measured values, the control and regulating
Die zuvor genannten n Sollwerte können auch dieser Sende- und Empfangseinrichtung 10
zugeführt werden, die sie nach entsprechender Aufbereitung an die Steuer- und Regelschaltung
17 weitergibt. Sollwerte können beispielsweise sein der Notbeleuchtungspegel
(NOT), der minimale Helligkeitspegel (MIN) und der maximale Helligkeitspegel
(MAX), innerhalb letzterer beider kann sich der vorgebbare Helligkeitspegel (DIMM) im
Betrieb bewegen.The aforementioned n target values can also be transmitted and received by this transmitting and receiving
Als Befehls- und Datenworte sowie als Fehlerinformationsworte werden serielle digitale
Datenworte verwendet, deren Länge 8 bit ist. Andere Wertlängen sind möglich. Jedem
dezentralen EVG wird eine Adresse zugeordnet, die es ermöglicht, einzelne EVGs über
die Adresse der Sende- und Empfangseinrichtung 10 anzusprechen und Informationen
von ihnen abzufragen oder ihnen Befehle zu erteilen. Die bidirektionelle Arbeitsweise
der Busleitung 12 ermöglicht ein problemloses und aufwandsarmes Verkabeln einer
Vielzahl von dezentraler EVGs mit einem zentralen Steuergerät (50).Serial and digital are used as command and data words as well as error information words
Data words are used, the length of which is 8 bits. Other value lengths are possible. Each
decentralized ECGs are assigned an address that enables individual ECGs to be
to address the address of the transmitting and receiving
Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Eingangskreises, wie er zur Speisung des
Wechselspannungsgenerators 30 aus einem Versorgungsnetz mit der Spannung UN
verwendbar ist. Der Eingangskreis besteht aus kapazitiven Eingangsfiltern sowie ggf. aus
einer Oberwellendrossel. Die Kondensatoren in Y-Schaltung dienen der Funkentstörung.
Ihnen ist ein Überspannungsableiter oder ein VDR parallel geschaltet. Es schließt sich
ein Vollwellengleichrichter an, der dann entfallen kann, wenn das Gerät betriebsmäßig
mit Gleichspannung betrieben wird. Dem Gleichrichter nachgeschaltet ist ein
Zwischenkreiskondensator C4, der sich bei 220 V Netzspannung auf ca. 300 V mit einer
Restwelligkeit von ca. 10 % auflädt. FIG. 4 shows a basic circuit diagram of an input circuit as can be used for supplying the alternating
Aufgrund eines niedrig zu haltenden Crestfaktors sollte die Zwischenkreisspannung U0 gut geglättet sein. Due to a crest factor to be kept low, the intermediate circuit voltage U 0 should be smoothed well.
Parallel zum Zwischenkreiskondensator C4 liegt ein Spannungsteiler R18,R28, an dem
ein der Zwischenkreis-Spannung proportionales Meßsignal abgreifbar ist. An einem
Tiefpaß R21,C25 wird ein der Versorgungsspannung proportionales Signal erfaßt und
ebenso, wie das zwischenkreisspannungs-abhängige Meßsignal der Steuer- und
Regeleinrichtung 17 zugeführt. Beide Meßsignale dienen der Versorgungsspannungs-Überwachung
und damit der Betriebssicherheit des EVG.A voltage divider R18, R28 is connected to the intermediate circuit capacitor C4
a measurement signal proportional to the intermediate circuit voltage can be tapped. On one
Low pass R21, C25 a signal proportional to the supply voltage is detected and
just like the DC link voltage-dependent measurement signal of the control and
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lastkreises 40 mit einem
Heizübertrager L5 für die Vorheizung der Wendeln der Leuchtstofflampe LA1. In Fig. 5
ist lediglich einer von einem Paar von Lampenkreisen gezeigt. Das Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist ein Paar dieser Zweige auf, d. h. zwei Leuchtstofflampen LA1,LA2
an einem Wechselspannungsgenerator-Ausgang, der die hochfrequente Wechselspannung
UHF zwischen den in Serie geschalteten Leistungs-Schalttransistoren V21 und V28
abgibt. Der Wechselspannungsgenerator wird aus der in Fig. 4 gezeigten
Eingangsschaltung 20 mit einer Zwischenlcreisspannung Udc versorgt. Da die
Leuchtstofflampen einen negativen Innenwiderstand bei Betrieb besitzen, müssen sie
beim Zündvorgang (ZÜND) mit hohen Spannungsspitzen und beim Heizen der Wendeln
mit entsprechender Heizenergie versorgt werden. Ausgehend von dem Ausgangsanschluß
des Wechselrichters 30 führt ein Serienresonanzkreis L2,C15 über ein
Symmetrierelement TR1, welches später erläutert wird, auf die Entladungsstrecke H2,H4
der Leuchtstofflampe. Weiterhin ist zu der Leuchtstoffröhre ein Meßwiderstand R32 in
Serie geschaltet, an welchem eine dem Lampenstrom IL1 proportionale Spannung
abgegriffen und der Steuer- und Regelschaltung 17 zugeführt wird. Zwischen Spule L2
und Kondensator C15 ist ein Zündkondensator C17 gegen Erde (NULL) geschaltet. Mit
Hilfe dieser Anordnung kann die Dimmerkennlinie der Entladungslampe vergleichmäßigt
werden, da bei steigender Frequenz der Widerstand des Kondensators C 15 abnimmt und
der Widerstand der Entladungslampe zunimmt. Parallel zu dem Zündkondensator C17
liegt auch die Primärwicklung des Heizübertragers L5 sowie in Serie zu dieser weiterhin
eine Zenerdiode V15 und ein Meßwiderstand R10. An letzterem wird eine dem
Heizwendelstrom IW1 proportionale Spannung abgegriffen und dem Steuer- und
Regelschaltkreis 17 als weitere Systemmeßgröße zugeführt. Da der Wechselrichter 30
eine Ausgangsspannung einprägt und der Heizübertrager im wesentlichen parallel zur
Leuchtstofflampe LA1 liegt, wird über den Heizübertrager auf seine Sekundärwicklungen
eine Spannung eingeprägt. Die beiden Sekundärwicklungen versorgen je
potentialfrei eine der beiden Heizwendeln H1,H2 und H3,H4. An dem primärseitigen
Meßwiderstand R10 wird so die Summe der Heizwendelströme IW1 gemessen. 5 shows an exemplary embodiment of a
Die weiterhin in Serie geschaltete Zenerdiode V 15 erzeugt in der Primärwicklung von L5 eine Gleichstromkomponente, die aber nicht übertragen wird, sondern im Lampenstrom IL1 fehlt und damit die Entladung der Lampe mit einem zusätzlichen Gleichstromanteil in der Größenanordnung von ca. 1 % des tatsächlichen Entladungsstromes versorgt. Dies verhindert den Effekt der "laufenden Schichten", die bei Dimmung der Lampen auftreten. Die "laufenden Schichten" bestehen aus insbesondere beim Dimmen auftretenden Hell-/Dunkelzonen, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit längs der Röhre laufen. Ein Überlagern von geringem Gleichstrom beschleunigt diesen Laufeffekt derart, daß er nicht mehr störend wirkt.The Zener diode V 15, which is still connected in series, generates a DC component in the primary winding of L5, which, however, is not transmitted, but is missing in the lamp current I L1 and thus the discharge of the lamp with an additional DC component in the order of magnitude of approx. 1% of the actual discharge current provided. This prevents the effect of the "running layers" that occur when the lamps are dimmed. The "running layers" consist in particular of light / dark zones which occur during dimming and run along the tube at a predetermined speed. A superimposition of low direct current accelerates this running effect in such a way that it no longer has a disturbing effect.
Zum Heizen wird der Wechselrichter 30 mit einer hohen Frequenz fmax betrieben, so
daß an C17 eine Wechselspannung auftritt, die nicht zum Zünden der Lampe LA1
geeignet ist. Über L5 werden in diesem Betriebszustand die Wendeln der Lampe beheizt,
wobei, bedingt durch den Kaltleitereffekt der Wendeln, die Lampe zuerst einen hohen
und dann einen geringeren Heizstrom aufnimmt. Nach ca. 750 msec Vorheizzeit wird die
Zündung (ZÜND) der Lampe eingeleitet.For heating, the
Beim Zünden der Leuchtstofflampe wird die Frequenz f des Wechselrichters 30
reduziert, sodaß sie näher an die Resonanzfrequenz f des Ausgangs-Serienresonanzkreises
L2,C15 herankommt. Dadurch entsteht an C17 eine
Spannungsüberhöhung, die in der Größenordnung von ca. 750 V (Spitze) liegt.
Hierdurch wird eine funktionsfähige Lampe gezündet.When the fluorescent lamp is ignited, the frequency f of the
Sobald die Lampe LA1 oder LA2 gezündet hat, wird der Serienresonanzkreis L2,C15
oder L3,C16 stark bedämpft. Dies bewirkt einerseits eine Verschiebung der
Resonanzfrequenzen f0 und andererseits ein sofortiges Absinken der an der jeweiligen
Lampe liegenden Wechselspannung. Das Absinken wird über den parallel zur Lampe
geschalteten Spannungsteiler R27,R25 von dem Steuer- und Regelschaltkreis 17 erkannt.
Dieser leitet daraufhin die eigentliche Betriebsphase (DIMM) der Lampen ein.As soon as the lamp LA1 or LA2 has ignited, the series resonance circuit L2, C15 or L3, C16 is strongly damped. On the one hand, this causes a shift in the resonance frequencies f 0 and, on the other hand, an immediate drop in the AC voltage applied to the respective lamp. The decrease is detected by the control and regulating
Zum effektiven Betrieb der Lampe wird die Frequenz f des Wechselrichters 30 so geregelt,
daß die Leistung der Lampe dem vorgegebenen Sollwert, d. h. dem gewünschten
Helligkeitsniveau, entspricht. Je höher die Frequenz im Betriebszustand wird, desto
geringer wird die Lampenhelligkeit. Die Betriebsfrequenz des
Wechselspannungsgenerators 30 kann dabei durchaus auch auf Werte verschoben
werden, die in der Größenordnung der Heizfrequenz oder darüber liegen. Auch kann bei
einer maximalen Leistung (MAX) eine Ausgangsfrequenz eingestellt werden, die
unterhalb der Zündfrequenz, aber noch oberhalb der Resonanzfrequenz des
Serienresonanzkreises L2,C15 liegt.
Der Betriebszustand des Lampenkreises 14 kann abhängig von der eingesetzten Lampe,
beispielsweise Argon-, Krypton-Lampe, oder abhängig von der gewählten Lampenleistung,
stark variieren.For effective lamp operation, the frequency f of the
The operating state of the lamp circuit 14 can vary greatly depending on the lamp used, for example argon or krypton lamps, or depending on the lamp power selected.
Die Kombination aus dem Kondensator C24 und den Dioden V30, V31 bewirkt eine frequenzabhängige Bedämpfung des Ausgangskreises bei Spannungsüberhöhung. Sie ist vor allem dann wichtig, wenn hohe Frequenzen und hohe Impedanzen vorkommen, also z.B. bei fehlender Lampe oder beim Vorheizen bei bereits warmer Wendel. Die Beschaltung dieser Art hilft, die Spannungsüberhöhung bei nicht gezündeter oder fehlender Lampe dann zu begrenzen, wenn sie unerwünscht ist. C24 ist so gewählt, daß die Bedämpfung zum Zündzeitpunkt klein genug bleibt.The combination of the capacitor C24 and the diodes V30, V31 causes a frequency-dependent Damping the output circuit in the event of a voltage surge. It is in front important when high frequencies and high impedances occur, e.g. if there is no lamp or if the filament is already warm. The wiring This type helps the voltage surge when the lamp is not ignited or missing then limit if it is undesirable. C24 is selected so that the damping remains small enough at the time of ignition.
Fig. 6 zeigt den Ausgangskreis der Fig. 5 für den zweiflammigen - zwei Leuchtstofflampen an einem Wechselrichter - Betrieb. Hier ist auch der Symmetieübertrager TR1 vollständig eingezeichnet. Jede Wicklung wird von einem der beide Lampenströme durchflossen. Dies geschieht gegensinnig, so daß bei Stromamplituden-Abweichung eine resultierende Magnetisierung entsteht, die in dem induktiven Element eine Spannung induziert, welche symmetrierend wirkt. Ein solcher Übertrager ist vorteilhaft, wenn durch Bauteiltoleranzen und Lampentoleranzen sowie unterschiedlichen Temperaturbedingungen die beiden Lampen im gedimmten Zustand unterschiedlich hell brennen würden. Durch das Symmetrieelement TR1 wird dies bei zweilampigen Leuchten vermieden. Werden mehrere Paare von Lampen an einem Wechselspannungsgenerator-Ausgang betrieben, so ist für jeweils ein Paar ein solches Symmetrierelement TR1 vorzusehen. Fig. 6 shows the output circuit of Fig. 5 for the two-lamp - two fluorescent lamps on an inverter - operation. The symmetry transformer TR1 is also shown here in full. Each winding is traversed by one of the two lamp currents. This happens in opposite directions, so that in the event of a deviation in the current amplitude, a resulting magnetization occurs, which induces a voltage in the inductive element which has a symmetrical effect. Such a transformer is advantageous if the two lamps would burn differently bright in the dimmed state due to component tolerances and lamp tolerances as well as different temperature conditions. The symmetry element TR1 avoids this in the case of two-lamp luminaires. If several pairs of lamps are operated at an AC voltage output, such a balancing element TR1 must be provided for each pair.
Aus Fig. 6 ist weiterhin ersichtlich, daß jeder Leuchtstofflampe ein individueller
Serienresonanzkreis vorgeschaltet ist sowie ein individueller Zündkondensator C17,C18
parallelgeschaltet ist. Dies ermöglicht eine relativ unabhängige Zündphase sowie einem
Gleichlauf im Dimmbetrieb. Parallel zu den Zündkondensatoren C17,C18 liegt jeweis
ein Spannungsteiler R25-R28, die ein der Ausgangs-Wechselspannung proportionales
Signal an die Steuer- und Regeleinrichtung 17 führen. In gleicher Weise ist es auch
möglich, die Spannungsteiler direkt parallel zur Leuchtstofflampe zu schalten, d. h.
hinter das Symmetierelemente TR1. In Serie zu den Lampen, dies war anhand von Fig. 5
bereits für einen Lampenkreis erläutert, findet sich je ein Strommeß-Shunt R31,R32. An
ihnen wird ein dem Lampenstrom proportionales Signal gewonnen, welches im Steuerund
Regelschaltkreis 17 mit dem vorgenannten Lampenspannungssignal multiplizierbar
ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß jederzeit ein der tatsächlichen
Lampenleistung Pist bzw. der Helligkeit E proportionales Signal zur Verfügung steht,
das einer genauen Helligkeitsregelung als Istwert vorgebbar ist.From Fig. 6 it can also be seen that an individual series resonance circuit is connected upstream of each fluorescent lamp and that an individual ignition capacitor C17, C18 is connected in parallel. This enables a relatively independent ignition phase and synchronization in dimming mode. In parallel with the ignition capacitors C17, C18 there is a voltage divider R25-R28, which feed a signal proportional to the output AC voltage to the control and regulating
Fig. 7 zeigt detaillierter den Wechselrichter 30 mit seinen Ausgangs-Leistungstransistoren
V28,V21. Zwischen ihnen wird die hochfrequente
Wechselspannung UHF an den zuvor erläuterten Lastkreis 40 abgeben. Angesteuert
werden die beiden Leistungstransistoren über einen Ansteuer-Schaltkreis 31, der seine
Steuersignale von dem Steuer- und Regelschaltkreis 17 erhält. Ggf. kommen
unsymmetrische Abschalt-/Einschaltverzögerungen für die jeweiligen Transistoren in
Betracht, so daß ein gemeinsames Leiten beider Transistoren V21,V28 grundsätzlich
vermieden werden kann. Der obere Transistor wird über eine (nicht eingezeichnete)
Bootstrap-Schaltung versorgt, der untere Transistor und die Systemsteuerung 10,17,31
erhalten ihre Ansteuerspannung über einen Vorwiderstand und einen Glättungskondensator
C5 aus der Zwischenkreisspannung U0. Neben der genannten
Stromversorgung aus dem Zwischenkreis findet auch eine verlustarme
Wechselspannungskopplung aus dem schwingenden Wechselrichter 30 über einen
Koppelkondensator C21, die Dioden V12,V7 und die Induktivität L7 in die
Speicherkapazität C5 statt. 7 shows the
Der durch den Vorwiderstand oder eine Stromquelle Iq dem Glättungskondensator C5
zuführbare Strom ist ausreichend, um das IC31 und die Steuer- und Regelschaltung 17
im abgeschalteten Betrieb (SLEEP) zu versorgen.The current that can be supplied to the smoothing capacitor C5 through the series resistor or a current source I q is sufficient to supply the IC31 and the control and regulating
Bei Betrieb des Wechselrichters reicht die über einen Kondensator C21 ausgekoppelte,
über die genannten Bauteile V12,V7,L7 gleichgerichtete und über C5 geglätte lasteingekoppelte
Versorgung aus. Diese Versorgungsspannungsgewinnung ist nahezu verlustfrei,
da lediglich reaktive Elemente zur Strombegrenzung eingesetzt werden. Mittels der in
den unteren Wechselrichter-Halbzweig des Transistors V21 eingeschalteten antiparallelen
Dioden V14,V15 und dem diesen parallel geschalteten Widerstand R34 wird eine dem
Zweigstrom Imax proportionales Spannungssignal UKap gewonnen. Dieses wird, wie die
anderen Prozeßsignale dem Steuer- und Regelschaltkreis 17 zugeführt. Er kann hieraus
die Stromrichtung des durch den Wechselrichter im Moment vor dem Öffnen von V21
fließenden Stromes feststellen. Ist dieser Strom negativ, so befindet sich der Lastkreis 40
des Wechselrichters 30 in einem unzulässigen kapazitiven Bereich. Er stellt hierbei eine
Gefahr für den steuernden Wechselrichter dar. Neben der reinen Amplituden-Detektion
kann auch eine Phasenlagen-Betrachtung herangezogen werden, bei der der Laststrom
IL1 in Bezug zum Wechselrichter-Zweigstrom Imax gesetzt wird und hieraus die relative
Phase beider Ströme zur Detektion des Betriebszustandes herangezogen wird.When the inverter is in operation, the supply, coupled out via a capacitor C21, rectified via the named components V12, V7, L7 and smoothly coupled in via C5, is sufficient. This supply voltage generation is almost loss-free since only reactive elements are used to limit the current. A voltage signal U Kap proportional to the branch current I max is obtained by means of the anti-parallel diodes V14, V15 connected in the lower inverter half-branch of the transistor V21 and the resistor R34 connected in parallel. Like the other process signals, this is fed to the control and regulating
Eine Erkennung eines unzulässigen kapazitiven Betriebsverhaltens wird von der Steuerschaltung
17 mit einer Erhöhung der Betriebsfrequenz f des Wechselrichters 30
beantwortet, womit der Lastkreis 40 wieder induktiv betrieben wird. Die vorgenannte
kapazitive Betriebsweise tritt vorwiegend bei geringer Versorgungsspannung auf. Mit der
Zweigstromerfassung kann ein Zerstören von Bauelementen sicher vermieden werden.The control circuit detects an inadmissible
Fig. 8 zeigt die Sende- und Empfangseinrichtung 10 sowie das ihr vorgeschaltete Koppelfilter,
mit dem die Busankopplung zu der Steuerleitung 12 erfolgt. Der Digitalschnittstelle
10 sind in diesem Beispiel die Sollwerte für minimale-, maximale- und
Notbeleuchtungshelligkeit (UNOT,UMIN,UMAX) vorgegeben. Weiterhin ist ein
Digitaleingang DAT vorgesehen, über den sowohl die Steuersignale von einem zentralen
Steuergerät zum dezentralen EVG gelangen, als auch die Fehlersignale von dem
dezentralen EVG zu dem zentralen Steuergerät übermittelt werden. Das serielle Interface
ermöglicht die Fernsteuerung des elektronischen Vorschaltgerätes durch ein digitales
Befehlssignal oder Befehlswort. Als solches digitales Signal ist ein 8 bit-Datenwort
vorgesehen. Es wird von den beiden Kondensatoren C22,C23 differenziert, sodann um
die Hälfte der Versorgungsspannung des Regelschaltkreises 17 bzw. des Sende- und
Empfangsschaltkreises 10 potentialverschoben und dann über einen
Dämpfungskondensator C12 dem Digitaleingang DAT der Schnittstelle 10 zugeführt.
Hierdurch können sowohl die 50 Hz-Netzfrequenz unterdrückt, als auch die
Eingangsströme jeder Schnittstelle geringgehalten werden. Fig. 8b zeigt eine weitere
Ausgestaltung der Busankopplung. Hierbei sind die beiden Busleitungen 12 mit dem
Dateneingang der Digitalschnittstelle induktiv gekoppelt. Werden EVGs mit dem in Fig.
8a dargestellten Koppelfilter an verschiedenen Phasen des Drehstromnetzes betrieben,
können Ausgleichsströme fließen, die die Datenübertragung störend beeinflußen. Diese
Ausgleichsströme können zwar in der Schaltung gemäß Fig. 8b ebenfalls fließen, sie
heben sich allerdings auf, da keine primärseitige Masseverbindung existiert. Eine
vorteilhafte Weiterbildung dieser Schaltung zeigt Fig. 8c. Durch die Verwendung einer
Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung wird die Schaltung verpolungssicher. Anwendbar
ist auch eine optische Kopplung, jedoch weist diese einen erhöhten Stromverbrauch auf. 8 shows the transmitting and receiving
Als Stellsignale werden 255 (entsprechend 8 bit) Helligkeitswerte vorgesehen. Auch das
Steuersigal "AUS", dargestellt durch das binäre Wort "Null" ist möglich. Durch das
vorgenannte Signal AUS versetzt sich das Gesamt-EVG sofort oder nach einer geringen
Zeitspanne in einen stromsparenden Abschaltmodus (SLEEP). In ihm wird der
Meßstromverbrauch des gesamten Vorschaltgerätes minimal. Der Wechselrichter 30 und
die Ansteuerschaltung 31 werden stillgelegt und ggf. nach geringer weiterer
Zeitverzögerung auch die wesentlichen Baugruppen des Steuer- und Regelschaltkreises
17. Lediglich die Empfangsschaltung der Sende- und Empfangseinrichtung 10 und die
Überwachungsschaltung für die Erkennung eines Notbetriebes (NOT) bleiben aktiviert.
Die Gesamtkreisleistung sinkt damit unter 1 W. Trifft jedoch in einem solchen Zustand
ein neues Stellsignal ein, so nimmt die Steuer- und Regelschaltung 17 sofort die
Einschaltsequenz vor, die mit Vorheizen und Zündvorgang (ZÜND) in den stationären
Betrieb überleitet und dort wird für eine sofortige Einstellung des gewünschten
Helligkeitswertes (DIMM) gesorgt.255 (corresponding to 8 bit) brightness values are provided as control signals. That too
Control signal "OFF", represented by the binary word "zero" is possible. By the
The aforementioned signal OFF, the entire ECG moves immediately or after a slight one
Time period in a power-saving shutdown mode (SLEEP). In him the
Measuring current consumption of the entire ballast minimal. The
Neben der Steuerung der Helligkeit und des Notbeleuchtungsmodus sowie des Abschalt-Modus
(SLEEP-Mode) obliegt dem Steuer- und Regelschaltkreis 17 auch die Aufgabe,
sämtlichen vorgenannten Prozeßgrößen die Informationen zu entnehmen, die zur
Überwachung und Steuerung des EVG von Wichtigkeit sind.In addition to controlling the brightness and the emergency lighting mode as well as the switch-off mode
(SLEEP mode), the control and regulating
Dies sind die Spannungsüberwachung, die Notbetriebs-Aufrechterhaltung und die Überwachung
der Leuchtstofflampen hinsichtlich Wendelbruch oder Gasdefekt. Auch werden
durch die Meßgrößen die verschiedenen Betriebszustände der Leuchtstoffröhre, wie Zünden,
Vorheizen und stationärer Betrieb unterscheidbar. Nachfolgend sollen die gemessenen
und zur Überprüfung herangezogenen Prozeßgrößen zusammengefaßt werden:
Anhand der aufgeführten Größen werden Überspannung und Unterspannung im Zwischenkreis
und im Versorgungskreis erfaßt. Die Steuer- und Regelschaltung 17 schaltet
dabei alle Funktionen ab, wenn die Spannung zu hoch wird, und kann erst wieder in
Funktion gehen, wenn die Spannung einmal ab- und wieder zugeschaltet wurde. Based on the sizes listed, overvoltage and undervoltage in the DC link
and recorded in the supply circuit. The control and regulating
Das Auftreten von Unterspannung - welches zu einem gefährdenden kapazitiven Betrieb
des Wechselrichters führt - wird damit beantwortet, daß die Ansteuerschaltung 31
gesperrt wird. Solange die Netzversorgung nicht die notwendige Spannung hat, um den
Heizvorgang der Wendeln zu garantierten und den kapazitiven Betrieb zu vermeiden,
nimmt die Steuer- und Regeleinrichtung 17 keine Zündung vor. Erst nach Überschreiten
eines vorgebbaren Schwellenwertes wird der Zündvorgang ausgelöst. Dieses geschieht
automatisch.The occurrence of undervoltage - which leads to a dangerous capacitive operation
of the inverter leads - is answered by the fact that the control circuit 31st
is blocked. As long as the mains supply does not have the necessary voltage to the
Guaranteed heating process of the coils and avoiding capacitive operation
the control and regulating
Eine Notbetriebsumschaltung auf eine vorgebbare Notbeleuchtungs-Helligkeit erfolgt beispielsweise
dann, wenn über den üblichen Wechselspannungs-Versorgungseingang des
Einschaltkreises 20 und über den Meßfühler R21,C25 (Fig. 4) eine Gleichspannung UN
von dem Regelschaltkreis 17 erkannt wird. Hierzu dient eine Zähllogik, die bei
Ausbleiben der Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes den
Notbetrieb einleitet. Dies kann nach einer vorgebenen Totzeit geschehen, die einzelne,
möglicherweise fehlende, Halbwellen, überbrückt.An emergency mode switchover to a predeterminable emergency lighting brightness takes place, for example, when a DC voltage U N is detected by the
Fällt in einem Leuchtensystem die normal speisende Wechselspannung Uac, UN aus, so wird eine Notspannungsversorgung UB, die aus Batterien oder einem Generator gewonnen wird, auf die Netzspannungsleitung gelegt. Dies erkennen die EVGs automatisch.If the normally feeding AC voltage U ac , U N fails in a lighting system, an emergency voltage supply U B , which is obtained from batteries or a generator, is placed on the mains voltage line. The ECGs recognize this automatically.
Im Notbetrieb wird die Helligkeit der Leuchtstofflampen nicht mehr durch den digital vorgegebenen Helligkeitswert DIMM vorgegeben, sondern durch einen dezentral am Gerät vorgebbaren Trimmwert, der über den Eingang UNOT vorgebbar ist. Sollte sich das EVG beim Eintreten dieses Notbetriebes im Abschalt-Modus (SLEEP) befinden, d. h. Lampe und Wechselrichter abgeschaltet, so führt es zuerst den normalen Zündvorgang (ZÜND) durch, um nachher auf die Notbetriebshelligkeit zu stellen.In emergency mode, the brightness of the fluorescent lamps is no longer specified by the digitally specified brightness value DIMM, but by a trim value that can be specified locally on the device and can be specified via the input U NOT . If the ECG is in switch-off mode (SLEEP) when this emergency operation occurs, ie the lamp and inverter are switched off, it will first carry out the normal ignition process (IGNIT) in order to subsequently switch to the emergency operating brightness.
Bei erkanntem Ende des Notbetriebszustandes geht das EVG in den vorherigen Zustand zurück, dies kann der AUS-Zustand sein, wenn sich das EVG vorher dort befand. Dies kann jedoch auch der ursprüngliche Helligkeitswert (DIMM) sein, sofern dieser vor Anforderung des Notbetriebes vorlag.When the end of the emergency operating state is recognized, the ECG returns to the previous state back, this can be the OFF state if the TOE was previously there. This However, it can also be the original brightness value (DIMM), if this is required of the emergency operation.
Über die Erfassung des Wendelstromes erfolgt eine Erkennung, ob entweder eine Lampe
nicht eingesetzt ist oder eine der beiden Wendeln gebrochen ist. In einem dieser Fehler-Fälle
wird der Wechselrichter 30 an seiner maximalen Frequenz fmax betrieben, was einerseits
einen nach wie vor fließenden Heizstrom zur Folge hat, wenn die defekte Lampe
ausgetauscht worden ist und andererseits die Spannung an der defekten Lampe auf das
kleinstmögliche Maß heruntersetzt. Dies ist zur Einhaltung der Sicherheitsbestimmung
nach VDE wichtig. Der induktive Teil des Serienresonanzkreises im Ausgang wird bei
der genannten hohen Frequenz fmax gegenüber dem kapazitiven Widerstand des
Zündkondensators C17 so hoch, daß die Spannung am Ausgang auf ungefährliche Werte
beschränkt wird und keine Gefahr für das Wartungspersonal besteht.The detection of the filament current detects whether either a lamp is not inserted or one of the two filaments is broken. In one of these error cases, the
Bei Einsetzen einer funktionsfähigen Lampe wird ohne weitere Maßnahmen nach Abwarten der Vorheizdauer der Zündvorgang (ZÜND) eingeleitet.If a functional lamp is inserted, no further action is taken after waiting the preheating duration of the ignition process (IGNITION) initiated.
Die interne Ablaufsteuerung im Steuer- und Regelschaltkreis 17 begrenzt weiterhin auch
die Anzahl der Startversuche auf zwei und setzt (sendet) immer dann, wenn ein
Fehlerfall vorliegt, wenn z. B. die Lampe fehlt, wenn ein Wendelbruch oder ein
Gasdefekt vorliegt, ein Fehlersignal über die Sende- und Empfangseinrichtung 10 auf
dem bidirektionalen Bus 12 ab. Dies gilt auch im Notbetrieb, da beim Defekt der Lampe
der Notbetrieb nicht eingehalten werden kann.The internal sequence control in the control and regulating
Verdrahtungsfehler, die zu einem Kurzschluß der Entladungsstrecke der Lampe führen, können aufgrund der Prozeßsignale dann erfaßt werden, wenn die Lampenspannungen auf einen vorgegebenen minimalen Wert hin überwacht werden. Dabei führt eine Unterschreitung dieses vorgegebenen Wertes, wie bei der Netzüberspannungs-Überwachung zu einem Abschalten des gesamten EVG.Wiring errors that lead to a short circuit in the discharge path of the lamp can be detected on the basis of the process signals when the lamp voltages be monitored for a predetermined minimum value. One leads Falling below this specified value, as in the case of mains overvoltage monitoring to switch off the entire ECG.
Auch die Zündunwilligkeit der Lampe, z. B. durch Gasdefekt, wird von dem Steuer- und
Regelschaltkreis 17 erkannt. Wenn die Lampe innerhalb einer vorgegebenen Zündvorgabezeit
nicht gezündet werden kann, d. h. wenn ein Abfallen der Spannung an dem Zündkondensator
C17 innerhalb dieser Zeitspanne nicht eintritt, greift die genannte Sperre
ein.The unwillingness to ignite the lamp, e.g. B. by gas defect, is from the control and
Neben einem vollständigen Abschalten und einer Fehlermeldung kann auch eine Wiederholzeit
abgewartet werden, nach der ein erneuter Zünd- und Starversuch unternommen
wird. Wird auch hierbei kein Zünderfolg bewirkt, so reagiert die Steuer- und Regelschaltung
17 wie bei Heizwendelbruch und setzt die Frequenz des Wechselrichters 30 auf maximalen
Wert fmax.In addition to a complete shutdown and an error message, a repeat time can also be waited for after which a new attempt to start and start is made. If no ignition success is achieved here either, the control and regulating
Bei Austauschen der Lampe, was der Steuer- und Regelschaltkreis 17 an einem
Ansteigen der Lampenspannung oder an einem Verändern des Heizwendelstromes
erkennt, erfolgt nach Wiedereinsetzen einer neuen Lampe neuerlich ein Zündversuch. When replacing the lamp, what the control and regulating
Zur Helligkeitsregelung der Leuchtstofflampen sei folgendes erläutert. Es findet eine
echte Helligkeitsregelung Anwendung, da diese lampentypunabhängig gleiche
Lampenleistungen - bei im wesentlichen gleichem Lampenwirkungsgrad - gewährleistet.
Die istwertbestimmenden Meßgrößen Lampenstrom, Lampenspannung werden
multipliziert und analog oder digital mit den über die Sende- und Empfangseinrichtung
10 ferngesteuert vorgegebenen Sollwerten verglichen. Das Vergleichsergebnis steuert
unmittelbar oder über einen Regler die Frequenz f des Wechselspannungsgenerators 30.
Wird eine genauere Helligkeitsabstufung gewünscht, so kann eine logarithmische
Sollwertanpassung erfolgen. Auf gleiche Weise kann eine exponentielle
Istwertgewichtung durchgeführt werden. Neben der Lampentypunabhängigkeit wird auch
eine Kompensation von Lampenalter, von der bestehenden Betriebstemperatur und auch
von der möglicherweise schwankenden Netzspannung UN erreicht.The following is explained for the brightness control of the fluorescent lamps. A real brightness control is used, since this guarantees the same lamp outputs regardless of the lamp type - with essentially the same lamp efficiency. The measured values determining the actual value, lamp current and lamp voltage, are multiplied and compared in analog or digital form with the setpoints predetermined by remote control via the transmitting and receiving
Mit der prozeßsignalgesteuerten Betriebszustandsüberwachung wird es auch möglich, das
Zünden der Lampen auf kleine Helligkeitswerte durchzuführen, wobei der normalerweise
auftretende Lichtimpuls vermieden werden kann. Letzterer ist bedingt durch die sich im
Ausgangskreis durch den Zündvorgang speichernde Energie, die dann nach Zünden
schlagartig in die Lampe entladen wird. Zur Unterdrückung bzw. Beseitigung wird eine
schnelle Zünderkennung - über die Änderung der Lampenbrennspannung UL1,UL2-vorgesehen,
sowie eine schnelle Reduktion des Lampenstroms nach dem Zünden
ausgeführt. Letzteres durch augenblickliche Verschiebung der Wechselrichter-Ausgangsfrequenz
in Richtung zu höheren Frequenzen hin. Hierdurch wird der
Glimmbereich zwischen dem Zünden und der stationären Gasentladung künstlich
verlängert. Hierdurch würde unter normalen Umständen eine Reduktion der
Lampenlebensdauer auftreten. Dies wird gem. dem Ausführungsbeispiel jedoch
vermieden, da die Verlängerung der Glimmphase nur für die kritischen niedrigen
Helligkeitswerte eingesetzt wird. Für große Helligkeitswerte wird der Strom auf einem
höheren Pegel gehalten, wodurch die Glimmphase verkürzt wird. Dies kann über digitale
Steuerworte und die Sende- und Empfangseinrichtung 10 per Software eingestellt
werden.With the process signal-controlled operating state monitoring, it is also possible to ignite the lamps to small brightness values, whereby the normally occurring light pulse can be avoided. The latter is due to the energy stored in the output circuit by the ignition process, which is then suddenly discharged into the lamp after ignition. For suppression or elimination, a quick ignition detection - by changing the lamp lamp voltage U L1 , U L2 - is provided, as well as a quick reduction of the lamp current after ignition. The latter by instantly shifting the inverter output frequency towards higher frequencies. As a result, the glow area between the ignition and the stationary gas discharge is artificially extended. This would result in a reduction in lamp life under normal circumstances. This is according to the embodiment avoided, however, since the extension of the glow phase is used only for the critical low brightness values. For large brightness values, the current is kept at a higher level, which shortens the glow phase. This can be set via digital control words and the transmitting and receiving
In Fig. 9 ist ein Helligkeits-Zeitdiagramm dargestellt, in welchem die Helligkeit der von
dem EVG gemäß Fig. 1 gesteuerten Lampe zeitabhängig variiert wird. Zunächst ist
maximale Helligkeit vorgesehen, es folgt ein über die Busleitung 12 und die
Digitalschnittstelle 10 vorgegebener Abschalt-Zyklus. Die Helligkeit wird gem. einer
vorgegebenen Steigung bis auf Null reduziert, sodann schalten sich der Wechselrichter
30, seine Treiberschaltung 31 und wesentliche Teile des Steuer-ICs 17 zur
Stromersparnis ab. Ein daraufhin folgender Notbeleuchtungs-Zustand führt - trotz
abgeschaltetem System - zu einem gesteuerten Zünden sowie einem Aufbau der
Helligkeit der Lampe auf die voreingestellte Notbeleuchtungshelligkeit (NOT). Diese ist
über die Sollwert-Vorgabe UNOT für jedes dezentrale EVG veränderbar. Ebenso ist der
in Fig. 9 eingezeichnete maximale und minimale Helligkeitswert (MIN,MAX) über eine
entsprechende Sollwertvorgabe einstellbar oder abgleichbar. FIG. 9 shows a brightness-time diagram in which the brightness of the lamp controlled by the electronic ballast according to FIG. 1 is varied as a function of time. First, maximum brightness is provided, followed by a switch-off cycle specified via the
In Fig.10 ist ein programmtechnisch gesteuerter "Softstart" als Helligkeits-Zeitdiagramm
schematisch dargestellt. Das EVG 60 befindet sich zunächst in abgeschaltetem Zustand
(AUS). Der Befehl "Softstart" führt nun entweder auf ein automatisches
steigungsgeregeltes Ansteigen der Lampenhelligkeit - nach deren Zündung - oder zu
einem programmgesteuerten inkrementalen Anwachsen der Lampenhelligkeitsstufen. Im
letzteren Fall werden von dem zentralen Steuergerät 50 aus in bestimmten
Zeitabschnitten inkremental wachsende Helligkeitswerte gesendet. Die dezentralen EVGs
folgen den Anforderungen nahezu verzögerungslos. Hierdurch wird ein
änderungsgeschwindigkeits-gesteuertes (geregeltes) Ansteigen und Abfallen der
dezentralen Lichtquellen möglich.10 shows a program-controlled "soft start" as a brightness-time diagram
shown schematically. The
Claims (2)
- Method for the control of the brightness and the operating behaviour of gas discharge lamps via an electronic ballast (EVG), wherein the electronic ballast has:an a.c. voltage generator (30) which can be varied in its output frequency (f),a rectifier circuit (20), fed from a supply a.c. voltage (UN, Uac), which feeds the a. c. voltage generator (30),a load circuit (40), which has at least one series oscillation circuit (L3, C18, L2, C17) having at least one gas discharge lamp (LA1, LA2), and which is fed from the a.c. voltage generator (30) with an a.c. voltage (UHF) which can be varied,a control and/or regulation device (17), wherein there are delivered to the control and/or regulation device (17) commands for the control and/or regulation of the brightness and the operating condition of the at least one gas discharge lamp (LA1, LA2),
characterised in that,
also in the switch-off mode the electronic ballast recognises with the aid of a measurement sensor (R21, C25) a failure of the supply a.c. voltage (Uac) and the switching of an emergency d.c. voltage (Ub), obtained from batteries or from a generator, onto the line of the supply a.c. voltage, and thereupon carries out the normal ignition procedure and sets the at least one gas discharge lamp (LA1, LA2), to an emergency operation brightness which can be preset at the ballast by means of a trimming value. - Circuit arrangement for the control of the brightness and the operating behaviour of the gas discharge lamp via an electronic ballast (EVG),
wherein the electronic ballast has:an a.c. voltage generator (30) which can be varied in its output frequency (f),a rectifier circuit (20), fed from a supply a.c. voltage (UN, Uac), which feeds the a.c. voltage generator (30),a load circuit (40), which has at least one series oscillation circuit (L3, C18, L2, C17) having at least one gas discharge lamp (LA1, LA2), and which is fed from the a.c. voltage generator (30) with an a.c. voltage (UHF) which can be varied,a control and/or regulation device (17), wherein there can be delivered to the control and/or regulation device (17) digital commands for the control and/or regulation of the brightness and the operating condition of the at least one gas discharge lamp (LA1, LA2),a driver circuit (31) via which, upon receipt of a switch-off command corresponding to a SLEEP operating condition, in which the at least one gas discharge lamp (LA1, LA2) is switched off, halts the a.c. voltage generator after a predetermined period of time;
the electronic ballast has further a measurement sensor (R21, C25) which upon a failure of the supply a.c. voltage (Uac) and the switching of an emergency d.c. voltage (UE), obtained from batteries or from a generator, onto the mains voltage line, delivers a voltage to the control and/or regulation device (17) which also during a switch-off mode recognises a d.c. voltage and thereupon carries out the normal ignition procedure and sets the at least one gas discharge lamp (LA1, LA2) to an emergency operating brightness which can be predetermined at the ballast by means of a trimming value.
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