DE19615665B9

DE19615665B9 - Rückkopplungssteuersystem für eine Last

Info

Publication number: DE19615665B9
Application number: DE19615665A
Authority: DE
Inventors: Maeng-ho Seo
Original assignee: Fairchild Korea Semiconductor Ltd
Current assignee: Fairchild Korea Semiconductor Ltd
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: TW322678B; JPH08330078A; KR970004972A; US5726534A; CN1141569A; JP3903394B2; DE19615665B4; DE19615665A1; CN1084135C; KR0163903B1

Abstract

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben von Entladungslampen mit vorheizbaren Elektroden, aufweisend ein elektronisches Vorschaltgerät (1) mit einem Rückkopplungssteuersystem, wobei mittels Frequenzsteuerung des elektronischen Vorschaltgeräts (1) während einer Lampenvorwärmperiode eine Lampenvorwärmleistung eingestellt wird und nach dem Zünden der Entladungslampen ebenfalls mittels Frequenzsteuerung eine konstante Leistung während des stationären Betriebs der Entladungslampen geregelt wird, wobei an das elektronische Vorschaltgerät (1) eine Spannung (E) angelegt wird und das elektronische Vorschaltgerät (1) dafür ausgebildet ist einen Strom (nifb) zur Erzeugung einer Rückkopplung zu erzeugen; und die Schaltungsanordnung ferner folgendes aufweist: eine Erfassungseinrichtung (5), welche ein Anzahl von Lampen (Lp) erfaßt, die an das elektronische Vorschaltgerät (1) angeschlossen ist; eine Referenzspannungserzeugungseinrichtung (6), welche eine Referenzspannung (nVref) erzeugt, die der Anzahl von Lampen (Lp) entspricht, die von der Erfassungseinrichtung (5) erfaßt wird; eine Weichstart-Controller-Einheit (4, 41), welche bei einer Periode eines anfänglichen Vorwärmens, einer Periode einer Zündung und einer Periode eines...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Starten und Betrieben von Entladungslampen mit vorheizbaren Elektroden nach dem Anspruch 1.
Aus der EP 0 338 109 A1 ist ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe bekannt, welches in üblicher Weise einen von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter enthält, der die Wechselspannung für die Entladungslampe erzeugt. Die Entladungslampe liegt parallel zu einer Kapazität eines Serienresonanzkreises. Dem Wechselrichter wird von einem variablen Frequenzgenerator eine Wechselspannung variabler Frequenz zugeführt. Die Frequenz des variablen Frequenzgenerators ist von einer Steuereinheit steuerbar. Der Steuereinheit werden Steuersignale zugeführt, die verschiedenen Parametern des Vorschaltgerätes entsprechen. Diese Parameter sind die Lampenspannung, der Lampenstrom, die Gleichstromleistung, die Gleichstromspannung, eine Niedervoltgleichspannung und der Phasenwinkel des Lastkreises für den Wechselrichter. Die Reaktion der Steuereinheit auf Veränderungen der erwähnten Parameter besteht in einer Veränderung der Frequenz des Frequenzgenerators oder in einem Abschalten des Frequenzgenerators oder des Wechselrichters.
Aus der JP 5-242982 A ist es bekannt, mittels einer Erfassungseinrichtung die Anzahl der angeschlossenen Entladungslampen zu erfassen und mittels einer abhängig von dieser Anzahl eingestellten Referenzspannung den Sollwert für einen Regelkreis zu beeinflussen.
Aus der DE 34 32 266 A1 ist ein elektronisches Vorschaltgerät für Fluoreszenzlampen sowie Verfahren zu dessen Betrieb bekannt. Durch Signale aus einer Überwachungseinrichtung, welche für die Fluoreszenzlampen eine Zündüberwachungsschaltung und eine Hantierungsüberwachungsschaltung sowie für einen Wechselrichter eine Temperaturüberwachungsschaltung aufweist, kann die den Wechselrichter frequenzmäßig steuernde Steuereinrichtung in eine Startposition gebracht werden. Die Startposition wird eingenommen, wenn die Überwachungseinrichtung meldet, daß keine Lampe betrieben werden kann, zum Beispiel weil keine Lampen vorhanden sind oder die Temperatur des Wechselrichters zu hoch ist. Aus der Startposition wird bei zweiten Zustandsmeldungen aus der Überwachungseinrichtung, welche anzeigen, daß Lampen gewechselt wurden, der Zündvorgang für die Lampen gestartet. Zündet auch nur eine von mehreren Lampen, wird der Betrieb bei der Brennfrequenz aufgenommen. Dadurch befindet sich das Gerät immer in einem definierten Betriebszustand, regelmäßige Startversuche für die deaktivierten Lampen entfallen, und bei der Auswechselung von Lampen starten diese ohne weitere Maßnahmen, wie zum Beispiel Wechseln einer Sicherung oder Ausschalten der Netzspannung.
Aus der US 4 952 849 A ist ein Controller bekannt, der in Vorzünd- und Zünd-Phasen arbeitet, um eine stabile und zuverlässige Steuerung des Betriebes eines Halbbrücken-Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers in einem Frequenzbereich zu erreichen, der von einer Resonanzfrequenz einer Ausgangsschaltung versetzt ist, welche einen Transformator und Kondensatoren enthält, die den Umsetzer an eine Fluoreszenzlampenlast koppeln. Der Umsetzer wird mit einer Gleichspannung von einer geschalteten Gleichstrom-Gleichstrom-Versorgungsquelle eines Vorschaltgerätes versorgt, der auf die gleichgerichtete Wechselspannung anspricht und der mit Impulsbreite-modulierten Torsteuerimpulsen von dem Controller beschickt wird, bevorzugt bei einer Frequenz, welche die gleiche ist wie diejenige des Umsetzers. Der Controller überwacht Signale von der Ausgangsschaltung und den Vorschaltgeräten und führt dann eine Steuerung durch, um einen hocheffizienten Lampenbetrieb zuverlässig zu starten und um eine proportionale In-Phase-Beziehung der Eingangsspannung und der Stromwellenformen zu erreichen.
Eine herkömmliche Beleuchtungssystemlast wird zu Beginn unter Bezugnahme auf den Stromlaufplan, der in 9 dargestellt ist, beschrieben. Wie es in 9 gezeigt ist, beinhaltet eine herkömmliche Last zwei Schalttransistoren M1 und M2, die mit Dioden D1 bzw. D2 zusammengeschaltet sind, die sich zwischen ihren Source- und Drainelektroden ausdehnen. Kondensatoren C1 bzw. C2 und C4 bzw. C5 sind über die Transistoren M1 bzw. M2 geschaltet und eine Drossel bzw. ein Induktor Lr und eine Lampe sind zwischen einem Kontaktpunkt zwischen den Kondensatoren C1 und C2 und einem Kontaktpunkt zwischen den Kondensatoren C4 und C5 in Reihe geschaltet. Ein Kondensator C3 ist an beide Enden der Lampe angeschlossen.
Eine Last, die diese Elemente aufweist, ist ein schaltender LC-Resonanzwandler. Ansteuersignale Out1 bzw. Out2 werden an die Gates der Schalttransistoren M1 bzw. M2 angelegt, um dadurch den Pfad eines Stroms von einer Direktanschlußspannung E durch die Lampe zu steuern.
Die Einschalt-/Ausschaltfrequenz der Schalttransistoren M1 bzw. M2 wird als die Schaltfrequenz bezeichnet. Die Last kann durch ein Steuern der Schaltfrequenz in einer Betriebsart eines anfänglichen Vorwärmens, einer Betriebsart der Zündung und einer Betriebsart einer andauernden Entladung betrieben werden.
Die LC-Resonanzfrequenz für eine gegebene Last kann durch bekannte Gleichungen bestimmt werden, wobei angenommen wird, daß L die Induktivität der Drossel Lr ist und C die Ersatzkapazität der Kondensatoren C1 bis C5 ist.
Wenn bei dieser Last die Schaltfrequenz so gesteuert wird, daß sie höher als die LC-Resonanzfrequenz ist, ändert sich die Ausgangsleistung aus der Vorrichtung umgekehrt proportional zu der Schaltfrequenz. Deshalb sollte bei der Betriebsart des anfänglichen Vorwärmens, bei der eine verhältnismäßig niedrige Leistung benötigt wird, die Schaltfrequenz verhältnismäßig hoch sein, wohingegen bei der Betriebsart der andauernden Entladung, bei der die gesamte Leistung benötigt wird, die Schaltfrequenz niedriger sein sollte.
Es gibt zwei bekannte Weichstart-Laststeuersysteme: eine Vorwärtskopplungssteuerung, um eine Eingangsspannung zu erfassen, und eine Programmsteuerung, um eine feste Ansteuerfrequenz einzustellen. Ein Problem bei Weichstart-Steuersystemen besteht jedoch darin, daß sie die Last nicht genau steuern können, wenn es eine große Änderung von äußeren Zuständen gibt, zum Beispiel, wenn es eine große Änderung der Eingangsspannung gibt. Desweiteren können Weichstart-Steuersysteme die Last während einer Laständerung nicht zweckmäßig steuern, wie zum Beispiel dann, wenn sich die Anzahl von Lampen ändert, und können nicht arbeiten, wenn die Vorwärtskopplung nicht zweckmäßig eingestellt ist.
Das Laststeuersystem dieser Erfindung schafft ein Steuern der Frequenz in Übereinstimmung mit der Anzahl von Lampen bei der Betriebsart eines anfänglichen Vorwärmens, der Betriebsart der Zündung und der Betriebsart einer andauernden Entladung. Dieses Lastrückkopplungssteuersystem schafft viele Vorteile. Es kann die Last gegenüber unregelmäßigen Lastcharakteristiken der Lampe stabil steuern, ist ergiebig bezüglich Energie und verlängert die effektive Lebensdauer der Lampe.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, ein Dauerrückkopplungslaststeuersystem zu schaffen, welches die Anzahl von Lampen in dem System erfaßt. Insbesondere besteht die Aufgabe dieser Erfindung darin, ein Weichstartsignal und ein Gesamtausgangsleistungssignal unter Verwendung eines Rückkopplungssteuersystems in Übereinstimmung mit der Anzahl von Lampen bei der Weichstart- und Gesamtleistungsbetriebsart vorzusehen, um die zuvor erwähnten technischen Probleme zu überwinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben von Entladungslampen nach dem Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Um die vorhergehende Aufgabe zu lösen, beinhaltet ein schaltendes Laststeuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Erfassungseinrichtung, um die Anzahl von Lampen zu erfassen, eine Referenzspannungserzeugungseinrichtung, welche eine Referenzspannung erzeugt, die der Anzahl von Lampen entspricht, die von der Erfassungseinrichtung erfasst wird, und eine Weichstart-Steuereinrichtung, welche einen Strom erzeugt, der der Anzahl von Lampen entspricht, die von der Erfassungseinrichtung erfaßt wird. Eine Rückkopplungseinheit und eine Hauptsteuereinheit, welche einen Strom, der von der Rückkopplungseinheit erzeugt wird, zu einem Vorwärtskopplungsstrom von der Direktanschlußspannung addiert, sind vorgesehen und bestimmen eine Steuerfrequenz eines Ansteuersignals der Last aus diesem addierten Strom.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Beleuchtungslaststeuersystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 einen detaillierten Stromlaufplan des Steuerblocks in 1;
3 und 4 die von der Weichstart-Steuereinrichtung in 1 gesteuerten Strom- und Leistungscharakteristiken;
5 einen detaillierten Stromlaufplan der Weichstart-Steuereinrichtung in 1;
6 die Stromcharakteristik durch die Weichstart-Steuereinrichtung in 1;
7 einen detaillierten Stromlaufplan des Erfassungsblocks für n Lampen in 1, welcher die Anzahl von Lampen in der Lastschaltung erfaßt;
8A bis 8D Wellenformen von Ausgangssignalen der Ansteuerschaltung in 2; und
9 einen detaillierten Stromlaufplan einer herkömmlichen Beleuchtungslastschaltung;
Wie es in 1 gezeigt ist beinhaltet ein bevorzugtes Lastrückkopplungssteuersystem dieser Erfindung eine Last bzw. ein Vorschaltgerät 1, an welcher bzw. welchem eine Lampe Lp angebracht ist. Eine Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen, welche die Anzahl von Lampen Lp in der Schaltung erfaßt, ist vorgesehen. Eine Referenzspannungserzeugungseinrichtung 6 nimmt von der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen ein Signal n auf, das die Anzahl von Lampen Lp in der Schaltung anzeigt, und erzeugt eine Referenzspannung nVref. Eine Weichstart-Steuereinrichtung 4 nimmt ebenso ein Signal n auf, das die Anzahl von Lampen Lp in der Schaltung anzeigt, und nimmt ein Signal von einer Zeitsteuereinrichtung 41 auf.
Eine Direktanschlußspannung E wird an die Last 1 angelegt. Die Direktanschlußspannung E und ein Rückkopplungsstrom nifb von der Last werden in einen Multiplizierer 21 eingegeben, welcher durch ein Multiplizieren dieser zwei Eingabewerte einen Ausgangstrom imo erzeugt. Der Ausgangsstrom imo kann durch die Gleichung imo = km × nifb × E ausgedrückt werden, wobei km eine Multiplikationkonstante ist. Das Ausgangssignal imo von dem Multiplizierer 21 wird in einen Addierer 22 eingegeben.
Die Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen erfaßt die Anzahl von Lampen Lp, die an der Last 1 angebracht sind, und gibt das Ausgangssignal n aus, dessen Spannung sich in Übereinstimmung mit der Anzahl von erfaßten Lampen Lp ändert. Diese Ausgangsspannung n wird in die Referenzspannungserzeugungseinrichtung 6 und die Weichstart-Steuereinrichtung 4 eingegeben.
Die Referenzspannungserzeugungseinrichtung 6 erzeugt die Referenzspannung nVref, die dem Ausgangssignal n aus der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen entspricht. Die Referenzspannung nVref wird verwendet, um die Eingangsleistung der Last 1 zu bestimmen und wird in einen Addierer 24 eingegeben.
Die Weichstart-Steuereinrichtung 4 erzeugt ein Stromsignal nip aus dem Ausgangssignal n aus der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen und einem Ausgangssignal aus der Zeitsteuereinrichtung 41, welche eine zur Zeit proportionale Spannung ausgibt. Dieses Ausgangssignal nip wird in einen Addierer 22 eingegeben. Die Weichstart-Steuereinrichtung 4 steuert die Höhe des Ausgangsstroms nip, welcher bei der Periode eines anfänglichen Vorwärmens, der Periode einer Zündung und der Periode einer andauernden Entladung benötigt wird. Eine detaillierte Erklärung dieser Funktionsweise folgt.
Der Addierer 22 addiert den Strom nip der Weichstart-Steuereinrichtung 4 mit dem Ausgangssignal imo des Multiplizierers 21. Dieses addierte Ausgangssignal imol wird in einen Strom/Spannungswandler 23 eingegeben, welcher den Eingangsstrom imol in eine Spannung vmo wandelt und die Spannung vmo zu einem Addierer 24 ausgibt.
Der Addierer 24 erzeugt durch ein Subtrahieren der Ausgangsspannung vmo des Strom/Spannungswandlers 23 von der Referenzspannung nVref der Referenzspannungserzeugungseinrichtung 6 eine Fehlerspannung Verr. Die Fehlerspannung Verr wird in einen Spannungs/Stromwandler 25 eingegeben.
Der Spannungs/Stromwandler 25 ist aus einem Fehlerverstärker ausgebildet, welcher eine Steilheit Gm aufweist und welcher die Eingangsspannung Verr in einen Strom Iin wandelt. Der Strom Iin wird in einen Steuerblock 3 eingegeben.
Der Steuerblock 3 erzeugt ein Ansteuersignal f1 für die Last 1 aus einem Vorwärtskopplungsstrom ie der Direktanschlußspannung E in einer Drosselschaltung 31 und dem Ausgangsstrom Iin aus dem Spannungs/Stromwandler 25. Das Ansteuersignal f1 wird in die Last 1 eingegeben.
Der Steuerblock 3 weist Lastschaltelemente auf, die durch ein Bestimmen der Steuerfrequenz des Ansteuersignals f1 in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal f1 geschaltet werden. Eine detaillierte Erklärung des Steuerblocks 3 wird nun unter Bezugnahme auf 2 gegeben, welche einen detaillierten Stromlaufplan des Steuerblocks 3 darstellt.
Wie es in 2 gezeigt ist, beinhaltet der Steuerblock 3 einen Integrierer 311, welcher den Eingangsstrom Iin integriert, und eine spannungsgesteuerte Stromquelle 312, welche aus der integrierten Spannung Vin einen Strom i1 erzeugt. Ein Addierer 313 erzeugt einen Gesamtausgangsstrom it durch eine Addieren eines internen Referenzstroms Iref und des Vorwärtskopplungsstroms ie aus der Drosselschaltung 31 und ein Subtrahieren des Ausgangsstroms i1 aus der spannungsgesteuerten Stromquelle 312. Eine Oszillator- und Ansteuerschaltung 314 erzeugt das Ansteuersignal f1 der Last 1 aus dem Gesamtausgangsstrom it des Addierers 313.
Die Funktionsweise des Steuerblocks 3 wird nun erklärt. Der Ausgangsstrom Iin aus dem Spannungs/Stromwandler 25 wird in dem Integrierer 311 integriert, welcher die Spannung Vin zu einer spannungsgesteuerten Stromquelle 312 ausgibt. Die spannungsgesteuerte Stromquelle 312 gibt den Strom i1 aus, der der Spannung Vin entspricht, die von dem Integrierer 311 erzeugt wird.
Der Ausgangsstrom i1 der spannungsgesteuerten Stromquelle 312 wird zusammen mit dem Ausgangsstrom ie aus der Drosselschaltung 31 und dem internen Referenzstrom iref in den Addierer 313 eingegeben. Der Addierer 313 addiert den Ausgangsstrom ie der Drosselschaltung 31 mit dem Referenzstrom Iref und subtrahiert den Ausgangsstrom i1 der spannungsgesteuerten Stromquelle 312, um den Gesamtstrom it zu erzeugen. Dieser Gesamtstrom it wird in die Oszillator- und Ansteuerschaltung 314 eingegeben.
Die Oszillator- und Ansteuerschaltung 314 gibt durch ein Laden eines Kondensators Ct mit dem Gesamtstrom it ein Ansteuersignal f1 aus und bestimmt die Steuerfrequenz des Ansteuersignals f1.
Die Steuerfrequenz des Ansteuersignals f1 bestimmt die Eingangsleistung der Last 1. Diese Eingangsleistung ist proportional zu dem Rückkopplungsstrom nifb der Last 1, was es ermöglicht, daß das Steuersystem der Last 1 durch ein Rückkopplungssteuern gesteuert wird.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, wird die Referenzspannung nVref der Referenzspannungserzeugungseinrichtung 6 verwendet, um die Eingangsleistung zu bestimmen.
Die Änderung des Rückkopplungsstroms nifb und der Direktanschlußspannung E, welche verwendet werden, um die Spannung vmo zu bestimmen, wird so gesteuert, daß die Ausgangsspannung vmo aus dem Strom/Spannungswandler 23 gleich der Referenzsspannung nVref ist.
Wenn sich der Strom nip der Weichstart-Steuereinrichtung 4 erhöht, wird deshalb der Ausgangsstrom imo des Multiplizierers 21 in dem Addierer 22 verringert.
Wenn die Direktanschlußspannung E konstant ist, wird der Rückkopplungsstrom nifb verringert. Diese Verringerung des Rückkopplungsstroms nifb bedeutet, daß die Steuerfrequenz des Ansteuersignals f1 im Steuerblock 3 so gesteuert wird, daß die Spannungsaufnahme des Lastsystems verringert wird.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist das Rückkopplungssteuersystem der Last 1 bei der Betriebsart des anfänglichen Vorwärmens anwendbar. Wenn der Rückkopplungsstrom nifb durch eine Erhöhung des Ausgangsstroms nip der Weichstart-Steuereinrichtung 4 verringert wird, arbeitet das Rückkopplungssteuersystem so, daß es die Lampe Lp vorwärmt, welche sich in einem nichtentladenen Zustand befindet.
Nachdem das erforderliche Vorwärmen beendet ist, wird der Rückkopplungsstrom nifb gesteuert, um durch ein Verringern des Stroms nip die Leistung zu erzeugen, die für die Zündung notwendig ist. Während der Periode der andauernden Entladung wird der Strom nip auf Null gesetzt.
Auf diese Weise wird das Lastsystem optimal gesteuert, um bei den Perioden eines anfänglichen Vorwärmens, einer Zündung und einer andauernden Entladung ein Dauerrückkopplungssteuern vorzusehen.
3 bzw. 4 stellen Strom- bzw. Spannungscharakteristiken der Schaltung dar, wenn der Strom gesteuert wird. Wie es in diesen Figuren gezeigt ist, werden der Strom nip und die Leistung nWp in Übereinstimmung mit der Anzahl von Lampen Lp in der Schaltung proportional erhöht.
Wenn der Strom nip der Weichstart-Steuereinrichtung 4 gesteuert wird, um den Strom vorzusehen, der für die Periode des anfänglichen Vorwärmens benötigt wird, wird die Systemleistung nWp der Last 1 so gesteuert, daß sie diesem Strom entspricht. Für die Periode der Zündung nach der Periode des anfänglichen Vorwärmens wird der Strom nip verringert und die Systemleistung nWp wird erhöht.
Das Rückkopplungssteuersystem steuert den Strom während der Periode der Zündung, um sicherzustellen, daß es eine ausreichende Versorgungsleistung gibt.
Die Periode der andauernden Entladung startet, wenn der Strom nip auf Null verringert ist. Der Leistungspegel während der Periode der andauernden Entladung ist die optimal gesteuerte Leistung des Lastsystems.
5 zeigt einen detaillierten Stromlaufplan der Weichstart-Steuereinrichtung 4 und 6 stellt die Stromcharakteristiken der Weichstart-Steuereinrichtung 4 dar.
Wie es in 5 gezeigt ist, beinhaltet die Weichstart-Steuereinrichtung 4 n Zellen 411 bis 41n, einen Transistor Q7 und eine Stromquelle 42, um jeder Zelle einen Strom zuzuführen.
Die Stromquelle 42 und der Transistor Q7 führen jeder Zelle durch die Verwendung eines Stromspiegels oder einer Stromlinse einen Strom zu. Da jede Zelle identisch ist, wird lediglich die interne Struktur einer Zelle 411 nachstehend im Detail beschrieben.
In der Zelle 411 ist die Basis eines Transistors Q6 an Basis des Transistors Q7 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q6 ist an den Emitter des Transistors Q7 angeschlossen. Der Emitter-Kollektor-Strom ist proportional zu dem Strom der Stromquelle 42.
Der Kollektor des Transistors Q6 ist an den Kollektor eines Transistors Q5 angeschlossen, dessen Basis und Kollektor verbunden sind. Der Emitter des Transistors Q5 ist an die Stromquelle 42 angeschlossen.
Die Basis des Transistors Q5 ist an die Basis eines Transistors Q3 angeschlossen. Die Basis des Transistors Q3 ist an den Kollektor eines Transistors Q4 angeschlossen. Die Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen wird an die Basis des Transistors Q4 angelegt. Der Emitter des Transistors Q3 ist an den Emitter des Transistors Q4 angeschlossen. Der Transistor Q3 kann eingeschaltet werden, wenn der Transistor Q4 durch die Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung für n Lampen eingeschaltet wird.
Da der Transistor Q3 und der Transistor Q5 zueinander Spiegel sind, fließt ein Strom, der proportional zu dem Strom durch den Kollektor des Transistors Q6 ist, durch den Kollektor des Transistors Q3.
Eine Konstantspannung Vr2, die an die Basis eines Transistors Q2 angelegt wird, wird an den Kollektor des Transistors Q3 angelegt. Der Kollektor des Transistors Q3 ist ebenso an den Emitter des Transistors Q2 angeschlossen, welcher an den Addierer 22 angeschlossen ist. An den Kollektor des Transistors Q3 wird die Ausgangsspannung Vcs der Zeitsteuereinrichtung 41 angelegt und er ist an den Emitter eines Transistors Q1 angeschlossen, welcher an den Kollektor des Transistors Q6 angeschlossen ist. Ein Widerstand R1 ist zwischen dem Emitter des Transistors Q1 und dem Kollektor des Transistors Q3 angeschlossen.
Bei diesem Aufbau wird der Kollektorstrom des Transistors Q2 in den Addierer 22 eingegeben. Die Spannung Vcs, die proportional zu der Zeit der Zeitsteuereinrichtung 41 ist, wird in die Basis des Transistors Q1 eingegeben. Die Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen, um den Betrieb der zweckmäßigen Zelle 411 zu bestimmen, wird in die Basis des Transistors Q4 eingegeben.
Die Summe des Kollektorstroms ip3 des Transistors Q1 und des Kollektorstroms ip2 des Transistors Q2 ist äquivalent zu dem Kollektorstrom ip1 des Transistors Q3. Der Kollektorstrom des Transistors Q3 wird durch die Stromquelle 42 bestimmt.
Der Kollektorstrom ip1, welcher durch die Stromquelle 42 und die Spiegel- oder Linsenbeziehung zwischen den Transistoren Q6 und Q7 bzw. den Transistoren Q3 und Q5 bestimmt wird, fließt durch den Kollektor des Transistors Q3. Zu diesem Zeitpunkt ist der Transistor Q4 durch die Ausgangsspannung n der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen eingeschaltet, was die Transistoren Q3 und Q5 einschaltet.
Der Transistor Q1 beginnt sich einzuschalten, wenn sich die Spannung Vcs der Zeitsteuereinrichtung 41 proportional zu der Zeit so erhöht, daß sie gleich zu der Spannung Vr2 ist, die an die Basis des Transistors Q2 angelegt ist. Dieser Augenblick entspricht dem Zeitpunkt t1 in 6.
Vor dem Zeitpunkt t1 ist der Kollektorstrom ip1 des Transistors Q3 nahezu äquivalent zu dem Kollektorstrom ip2 des Transistors Q2. Nach dem Zeitpunkt t1 erhöht sich der Kollektorstrom ip3 des Transistors Q1 proportional und der Kollektorstrom ip2 verringert sich proportional. Zu diesem Zeitpunkt ist die Anstiegssteigung des Stroms ip3 umgekehrt proportional zu R1.
Wenn der Kollektorstrom ip3 des Transistors Q1 nahezu gleich dem Kollektorstrom ip1 des Transistors Q3 ist, wird der Kollektorstrom ip2 des Transistors Q2 Null. Dieser Augenblick entspricht dem Zeitpunkt t2 in 6.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann eine Last durch ein Steuern des Kollektorstroms ip2 des Transistors Q2 während den Perioden des anfänglichen Vorwärmens, der Zündung und der andauernden Entladung andauernd gesteuert werden.
7 zeigt eine detaillierte Schaltung der Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen. Wie es in 7 gezeigt ist, beinhaltet die Erfassungseinrichtung 5 für n Lampen einen Komparator bzw. Vergleicher für jede Lampe Lp und eine Additionseinheit. Wenn die von den Komparatoren erfaßte Spannung niedriger als eine Referenzspannung V ist, geben die Komparatoren eine Spannung Vlamp aus.
Die Ausgangsspannung Vlamp jedes Komparators wird in der Additionseinheit summiert, um eine addierte Spannung nVlamp auszubilden, welche der Anzahl von Lampen Lp entspricht und in die Referenzsspannungserzeugungseinrichtung 6 und die Weichstart-Steuereinrichtung 4 eingegeben wird.
Unter Verwendung der Weichstart-Steuereinrichtung 4 als ein Beispiel, werden 3Vlamp in die Weichstart-Steuereinrichtung 4 eingegeben und Vlamp wird getrennt in drei Zellen in der Weichstart-Steuereinrichtung 4 eingegeben, wenn es drei Lampen gibt. Folglich können drei Zellen in der Weichstart-Steuereinrichtung 4 betätigt werden bzw. aktiv sein.
8 zeigt Signalwellenformen von verschiedenen Teilen der Schaltung, die in 2 gezeigt ist. 8A zeigt eine Wellenform einer Spannung, die an dem Kondensator Ct gespeichert ist, welcher an die Oszillator- und Ansteuerschaltung 314 angeschlossen ist. 8B zeigt eine Wellenform der Ausgangsspannung des Komparators in der Oszillator- und Ansteuerschaltung 314. 8C bzw. 8D zeigen Ansteuersignale Out1 bzw. Out2, die von der Oszillator- und Ansteuerschaltung 314 erzeugt werden.
Die Ansteuersignale Out1 und Out2 werden an das Gate eines Schaltelements in der Last 1 angelegt. ΔV, wie es in 8A gezeigt ist, ist die Höhe eines Sägezahnsignals. Die Beziehung des Gesamtstroms it, der Höhe ΔV des Sägezahnsignals, der Steuerfrequenz f1 des Ansteuersignals, welches von dem Steuerblock 3 erzeugt wird, und der Kapazität des Kondensators Ct wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: 2 × f1 = it/(Ct × ΔV) was darstellt, daß die Steuerfrequenz f1 proportional zu dem Gesamtstrom it ist.
Die gestrichelte Linie, wie sie in 8A dargestellt ist, ist eine Referenzspannung des Komparators in der Oszillator- und Ansteuerschaltung 314. Die Komparatorausgangsspannungwellenform, wie sie in 8B gezeigt ist, wird durch ein Vergleichen der gestrichelten Linie mit der Sägezahnwelle, wie sie in 8A gezeigt ist, erzielt.
Die Komparatorausgangsspannungwellenform, wie sie in 8B gezeigt ist, wird durch ein Flipflop in der Oszillator- und Ansteuerschaltung 314 geteilt. Diese geteilten Signale, die verwendet werden, um die Last 1 anzusteuern, sind in 8C bzw. 8D gezeigt. Die Wellenformen, wie sie in 8C und 8D gezeigt sind, weisen auf der Grundlage einer Seite einer Wellenform die Frequenz f1 auf.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, schafft die vorliegende Erfindung ein Lastrückkopplungssteuersystem, welches die Anzahl von Lampen erfassen kann und die Last durch die Verwendung einer Erfassungseinrichtung für n Lampen und einer Weichstart-Steuereinrichtung, welche den kompensierten Strom aus dem Rückkopplungsstrom und der Direktanschlußspannung erzeugt, andauernd steuern kann.
Deshalb kann das Rückkopplungssteuersystem gemäß dieser Erfindung die Last gegenüber einer externen Laständerung, wie zum Beispiel einer Änderung einer Eingangsspannung oder einer Änderung der Anzahl von Lampen, genau steuern.
Ein in der vorhergehenden Beschreibung offenbartes Rückkopplungssteuersystem für eine Last, welches eine Funktion aufweist, daß es die Anzahl von Lampen erfaßt, und an einer integrierten Schaltung angewendet wird, um die Last für eine Leuchtstofflampe, usw. zu steuern und die Last mit dem Rückkopplungssteuersystem versieht, welches die Anzahl von Lampen erfassen kann, steuert die Last folglich mittels der Erfassungseinrichtung für n Lampen und einer Weichstart-Steuereinrichtung, welche den kompensierten Strom aus dem Rückkopplungsstrom und einer Direktanschlußspannung erzeugen. Deshalb kann das Rückkopplungssteuersystem die Last in Übereinstimmung mit einer Laständerung, wie zum Beispiel der Änderung einer Eingangsspannung oder einer Anzahl von Lampen, genau steuern.

Claims

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben von Entladungslampen mit vorheizbaren Elektroden, aufweisend ein elektronisches Vorschaltgerät (1) mit einem Rückkopplungssteuersystem, wobei mittels Frequenzsteuerung des elektronischen Vorschaltgeräts (1) während einer Lampenvorwärmperiode eine Lampenvorwärmleistung eingestellt wird und nach dem Zünden der Entladungslampen ebenfalls mittels Frequenzsteuerung eine konstante Leistung während des stationären Betriebs der Entladungslampen geregelt wird, wobei an das elektronische Vorschaltgerät (1) eine Spannung (E) angelegt wird und das elektronische Vorschaltgerät (1) dafür ausgebildet ist einen Strom (nifb) zur Erzeugung einer Rückkopplung zu erzeugen; und die Schaltungsanordnung ferner folgendes aufweist: eine Erfassungseinrichtung (5), welche ein Anzahl von Lampen (Lp) erfaßt, die an das elektronische Vorschaltgerät (1) angeschlossen ist; eine Referenzspannungserzeugungseinrichtung (6), welche eine Referenzspannung (nVref) erzeugt, die der Anzahl von Lampen (Lp) entspricht, die von der Erfassungseinrichtung (5) erfaßt wird; eine Weichstart-Controller-Einheit (4, 41), welche bei einer Periode eines anfänglichen Vorwärmens, einer Periode einer Zündung und einer Periode eines stationären Betriebs der Entladungslampe einen ersten Ausgangsstrom (nip) erzeugt, der der Anzahl von Lampen (Lp) entspricht, die von der Erfassungseinrichtung (5) erfaßt wurde; eine erste Rückkopplungseinheit (21, 22), welche den Strom (nifb) zur Erzeugung einer Rückkopplung des elektronischen Vorschaltgeräts (1) mit einer Spannung E multipliziert, die an das elektronische Vorschaltgerät (1) angelegt ist, um einen multiplizierten Strom (imo) zu erzielen, der zu dem ersten Ausgangsstrom (nip) der Weichstart-Controller-Einheit (4, 41) addiert wird, um einen zweiten Ausgangsstrom (imol) auszubilden; eine zweite Rückkopplungseinheit (23, 24, 25), welche den zweiten Ausgangsstrom (imol) in eine Spannung (vmo) umwandelt, eine Fehlerspannung (Verr) als eine Differenz zwischen der umgewandelten Spannung (vmo) und der Referenzspannung (nVref) erzeugt, die von der Referenzspannungserzeugungseinrichtung (6) erzeugt wird, und die Fehlerspannung (Verr) in einen dritten Ausgangsstrom (Iin) umwandelt; eine Hauptsteuereinheit (3, 31), welche den dritten Ausgangsstrom (Iin) der zweiten Rückkopplungseinheit (23, 24, 25) zu einem von dem elektronischen Vorschaltgerät (1) erzeugten Strom (ie) addiert und eine Steuerfrequenz eines Ansteuersignals (f1) des elektronischen Vorschaltgeräts (1) aus diesem addierten Strom (it) bestimmt; und eine Zeitsteuereinrichtung (41), welche eine zur Zeit proportionale Spannung (Vcs) erzeugt und in der Weichstart-Controller-Einheit (4, 41) enthalten ist, wobei die Perioden der Weichstart-Controller-Einheit (4, 41) durch die Ausgangsspannung (Vcs) der Zeitsteuereinrichtung (41) unterschieden werden.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsteuereinheit (3, 31) aufweist: einen Steuerblock (3), welcher den dritten Ausgangsstrom (Iin) der zweiten Rückkopplungseinheit (23, 24, 25) zu dem von dem elektronischen Vorschaltgerät (1) erzeugten Strom (ie) addiert und die Steuerfrequenz des Ansteuersignals (f1) aus diesem addierten Strom (it) bestimmt.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die erste Rückkopplungseinheit (21, 22) aufweist: einen Multiplizierer (21), welcher durch ein Multiplizieren des Stroms (nifb) zur Erzeugung einer Rückkopplung aus dem elektronischen Vorschaltgerät (1) mit der Anschlußspannung (E) einen multiplizierten Strom (imo) erzeugt; und einen Addierer (22), welcher den Ausgangsstrom (imo) des Multiplizierers (21) mit dem ersten Ausgangsstrom (nip) der Weichstart-Controller-Einheit (4, 41) addiert.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rückkopplungseinheit (23, 24, 25) aufweist: einen Strom/Spannungswandler (23), welcher den zweiten Ausgangsstrom (imol) der ersten Rückkopplungseinheit (21) in eine Spannung (vmo) wandelt; einen Addierer (24), welcher durch ein Subtrahieren der Spannung (vmo) des Strom/Spannungswandlers (23) von der Referenzspannung (nVref) aus der Referenzspannungserzeugungseinrichtung (6) eine Fehlerspannung (Verr) erzeugt; und einen Spannungs/Stromwandler (25), welcher die Fehlerspannung (Verr) des Addierers (24) in einen Strom (Iin) wandelt.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: die Erfassungseinrichtung (5) n Komparatoren aufweist, welche durch das Vergleichen erfaßter Spannungen mit internen Spannungen (V) das Vorhandensein von Lampen (Lp) erfassen und n Ausgangsspannungen (Vlamp) ausgeben; und eine Additionseinheit, welche die n Ausgangsspannungen (Vlamp) der n Komparatoren addiert und die addierte Spannung (nVlamp) zu der Referenzspannungserzeugungseinrichtung (5) und der Weichstart-Controller-Einheit (4) ausgibt.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichstart-Controller-Einheit (4) aufweist: eine Stromquelle (42, Q7), um einen Strom an n Zellen (411 bis 41n) in der Schaltung anzulegen; n Zellen (411 bis 41n), welche in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung (5) für n Lampen (Lp) arbeiten, wobei die n Zellen (411 bis 41n) proportional zu der eingegebenen Zeit der Zeitsteuereinrichtung (41) einen Strom erzeugen, der der Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung (5) für n Lampen (Lp) entspricht, so daß die n Zellen (411 bis 41n) während der Periode des anfänglichen Vorwärmens einen Konstantstrom erzeugen, während der Periode der Zündung einen sich proportional verringernden Strom erzeugen und während der Periode des stationären Betriebs der Entladungslampe einen Strom von Null erzeugen.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (42, Q7) eine Stromversorgungseinheit aufweist, die einen Transistor (Q7) aufweist, und jede der n Zellen (411 bis 41n) einen Transistor (Q6) in Spiegelbeziehung zu dem Transistor (Q7) der Stromversorgungseinheit aufweist, um den Strom an den n Zellen (411 bis 41n) zu verteilen.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die n Zellen (411 bis 41n) aufweisen: einen ersten Transistor (Q6), der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei der Basis des ersten Transistors (Q6) der geteilte Strom aus der Stromversorgungseinheit zugeführt wird; einen zweiten Transistor (Q5), der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei die Basis und der Kollektor des zweiten Transistors (Q5) verbunden sind und der Kollektor des zweiten Transistors (Q5) an den Kollektor des, ersten Transistors (Q6) angeschlossen ist; einen dritten Transistor (Q3), der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei die Basis des dritten Transistors (Q3) an die Basis des zweiten Transistors (Q5) angeschlossen ist und dem Kollektor des dritten Transistors (Q3) der geteilte Strom aus der Stromversorgungseinheit zugeführt wird; einen vierten Transistor (Q2), der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei an der Basis des vierten Transistors (Q2) eine Referenzspannung (Vr2) angelegt ist, um die Entladungsperiode zu bestimmen, dem Kollektor des vierten Transistors (Q2) der geteilte Strom aus der Stromversorgungseinheit zugeführt wird und der Emitter des vierten Transistors (Q2) an den Kollektor des dritten Transistors (Q3) angeschlossen ist; einen fünften Transistor (Q1), der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei der Emitter des fünften Transistors (Q1) durch einen Widerstand (R1) an den Kollektor des dritten Transistors (Q3) angeschlossen ist, der Kollektor des fünften Transistors (Q1) an den Emitter des ersten Transistors (Q6) angeschlossen ist und an der Basis des fünften Transistors (Q1) eine Spannung (Vcs) angelegt ist, die proportional zu der Zeit der Zeitsteuereinrichtung (Q41) ist; und einen sechsten Transistor (Q4), der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei an der Basis des sechsten Transistors (Q4) die Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung (5) für n Lampen angelegt ist, der Kollektor bzw. der Emitter des sechsten Transistors an die Basis bzw. den Emitter des dritten Transistors (Q3) angeschlossen ist, und der das Ausschalten des dritten Transistors (Q3) in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung der Erfassungseinrichtung (5) für n Lampen steuert.
Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerblock (3) aufweist: einen Integrierer (311), welcher den dritten Ausgangsstrom (Iin) der zweiten Rückkopplungseinheit (23, 24, 25) integriert und eine Ausgangsspannung (Vin) erzeugt; eine spannungsgesteuerte Stromquelle (312), welche in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung (Vin) des Integrierers (311) einen Ausgangsstrom (i1) erzeugt; einen Addierer (313), welcher den von dem elektronischen Vorschaltgerät (1) erzeugten Strom (ie) zu einem Referenzstrom (Iref) durch den Steuerblock addiert, um einen addierten Strom auszubilden, und durch ein Subtrahieren des Ausgangsstrom (i1) der spannungsgesteuerten Stromquelle (312) von dem addierten Strom einen Gesamtstrom (it) erzeugt; und eine Oszillator- und Ansteuerschaltung (314), welche den Gesamtstrom (it) aus dem Addierer (313) aufnimmt und den Gesamtstrom (it) mit einem internen Referenzstrom vergleicht und durch ein Teilen des Gesamtstroms (it) und des internen Referenzstroms ein Ansteuersignal (f1) erzeugt, um ein Schaltelement des elektronischen Vorschaltgeräts (1) anzusteuern.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Rückkopplungseinheit (21, 22, 23, 24, 25, 3, 31) erzeugte Steuersignal (M) eine Frequenz aufweist, welche sich in Übereinstimmung mit mindestens entweder dem ersten Ausgangssignal (nVref), dem zweiten Ausgangssignal (nip) oder dem Rückkopplungssignal (nifb, E) ändert.