DE19708791C5

DE19708791C5 - Steuerschaltung und elektronisches Vorschaltgerät mit einer derartigen Steuerschaltung

Info

Publication number: DE19708791C5
Application number: DE19708791A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Luger; Alfred TRÖSTL
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: EP0965250B1; BR9808145A; US6147463A; WO1998039949A1; AU7031398A; DE19708791A1; AU726000B2; DE59800849D1; DE19708791C2; EP0965250A1; ATE202260T1

Abstract

Steuervorrichtung (3) zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb mindestens einer Lampe (10, 15) mit folgenden Merkmalen:
a) eine softwaremäßig gesteuerte erste Steuereinheit (3a);
b) eine rein hardwaremäßig realisierte zweite Steuereinheit (3b);
c) einen Schreib-Lese-Speicher (18) in der zweiten Steuereinheit (3b);
d) die erste Steuereinheit (3a) empfängt von außen zugeführte externe Steuerinformationen (I_extern);
e) die zweite Steuereinheit (3b) empfängt die mindestens eine Lampe (10, 15) betreffende interne Betriebszustandsinformationen (I_intern);
f) die internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) werden in dem Schreib-Lese-Speicher (18) gespeichert;
g) die in dem Schreib-Lese-Speicher (18) gespeicherten internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) werden an die erste Steuereinheit (3a) übertragen;
h) die erste Steuereinheit (3a) erzeugt abhängig von den externen Steuerinformationen (I_extern) und den an sie übertragenen internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) Betriebssteuerinformationen und überträgt diese an die zweite Steuereinheit (3b);
i) die Betriebssteuerinformationen werden von der ersten Steuereinheit in dem Schreib-Lese-Speicher (18) abgespeichert; und...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb mindestens einer Lampe, insbesondere einer Gasentladungslampe. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Gasentladungslampe, bei dem eine derartige Steuerschaltung zum Einsatz kommt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf den Einsatz in einem elektronischen Vorschaltgerät zum Betreiben von Gasentladungslampen erläutert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Steuerschaltung keineswegs auf derartige elektronische Vorschaltgeräte beschränkt ist, sondern auch in anderen Betriebsgeräten für Lampen, beispielsweise in elektronischen Transformatoren, eingesetzt werden kann.
2 zeigt ein bekanntes elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben einer Gasentladungslampe 10 mit einer zentralen Steuereinheit 3. Des weiteren umfaßt das in 2 gezeigte elektronische Vorschaltgerät im wesentlichen einen Gleichrichter 1 und einen Wechselrichter 2, in dessen Lastkreis die Gasentladungslampe 10 angeordnet ist. Der Gleichrichter 1 wandelt die von einer Versorgungsspannungsquelle, z.B. einer Neztspannungsquelle, gelieferte Wechselspannung in eine gleichgerichtete Zwischenkreisspannung um, die dem Wechselrichter 2 zugeführt wird. Der Wechselrichter umfaßt in der Regel zwei (nicht gezeigte) in Serie geschaltete steuerbare Schalter, z.B. MOS-Feldeffekttransistoren, die von der gleichgerichteten Zwischenkreisspannung abwechselnd angesteuert werden, so daß stets einer der Schalter eingeschaltet ist, wenn der andere Schalter ausgeschaltet ist. Ein Ausgangsanschluß des Wechselrichters 2 ist einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen diesen beiden alternierend angesteuerten Schaltern und andererseits mit einem aus einer Spule 4 und einem Kondensator 5 bestehenden Serienresonanzkreis verbunden, wobei der Kondensator 5 des Serienresonanzkreises über einen Koppelkondensator 6 parallel zu der Gasentladungslampe 10 geschaltet ist.
Durch das alternierende Ansteuern der Schalter des Wechselrichters 2 wird ausgangsseitig des Wechselrichters 2 eine getaktete, d.h. „zerhackte", hochfrequente Wechselspannung erzeugt, die als Betriebsspannung für die Gasentladungslampe 10 dient. Zum Zünden der Gasentladungslampe 10 wird die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 2 in die Nähe der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises mit der Spule 4 und dem Kondensator 5 verschoben, so daß an dem Kondensator 5 eine Spannungsüberhöhung auftritt, die schließlich zum Zünden der Gasentladungslampe 10 führt. Um die Lebensdauer der Gasentladungslampe 10 zu verlängern ist es wünschenswert, die beiden Lampenwendeln der Gasentladungslampe 10 vor dem Zünden vorzuheizen. Zu diesem Zweck ist ein Heiztransformator mit einer Primärwicklung 7A und Sekundärwicklungen 7B und 7C vorgesehen, wobei die Primärwicklung 7A mit dem Serienresonanzkreis verbunden ist, während die Sekundärwicklungen 7B und 7C jeweils zu einer der Lampenwendeln parallel geschaltet sind. Durch den Anschluß der Sekundärwicklungen 7B und 7C an die Lampenwendeln der Gasentladungslampe 10 ist es möglich, auch im gezündeten Betrieb der Gasentladungslampe 10 die Lampenwendeln mit Energie zu versorgen.
Die in 2 gezeigte zentrale Steuereinheit dient zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb der Gasentladungslampe 10, wobei die Steuersignale der zentralen Steuereinheit 3 abhängig von internen und externen Betriebszustands- bzw. Steuerinformationen erzeugt werden. So überwacht beispielsweise die zentrale Steuereinheit 3 den über die Primärwicklung 7A des Heiztransformators fließenden Heizstrom i_H, in dem die über einen Widerstand 8 abfallende Spannung der zentralen Steuereinheit 3 zugeführt wird. Des weiteren empfängt die zentrale Steuereinheit 3 eine dem über die Gasentladungslampestrecke der Gasentladungslampe 10 fließenden Lampenstrom i_L entsprechende Größe, indem die über einen Widerstand 9 abfallende Spannung der zentralen Steuereinheit 3 zugeführt wird. Wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, ist es auch wünschenswert, den Impendanzwinkel des an den Wechselrichter 2 angeschlossenen Lastkreises der zentralen Steuereinheit 3 zuzuführen. Zu diesem Zweck ermittelt eine Phasenkomparator 12 den Phasenwinkel zwischen der Lamplenspannung u_L und dem Lampenstrom i_L. Die Lampenspannung u_L liegt zudem direkt an der zentralen Steuereinheit 3 als eigene Betriebszustandsinformation an. Wie in 2 gezeigt, überwacht die zentrale Steuereinheit 3 auch die Netzspannung u_N sowie die von dem Gleichrichter 1 gelieferte gleichgerichtete Zwischenkreisspannung u_G.
Neben diesen internen Betriebszustandsinformationen wertet jedoch die zentrale Steuereinheit 3 auch externe Steuerinformationen I_extern aus, die beispielsweise als Sollwertinformationen (z.B. für die Dimmung der Gasentladungslampe 10) oder als von einem Lichtsensor erfaßte Beleuchtungsistwertinformationen der zentralen Steuereinheit 3 über eine (serielle) Schnittstelle zugeführt werden.
Es ist bekannt, die zentrale Steuereinheit 3 oder zumindest Teile davon in der Form eines Mikrocontrollers, d.h. Mikroprozessors, auszuführen, der zentral sämtliche internen sowie externen Informationen empfängt, auswertet und entsprechende Steuersignale für den Betrieb der Gasentladungslampe 10 ausgibt. Diese Steuersignale können beispielsweise den Wechselrichter 2 ein- bzw. ausschalten oder die Frequenz f bzw. das Tastverhältnis d der von dem Wechselrichter 2 gelieferten Wechselspannung verändern. Da durch eine entsprechende Programmierung das Verhalten einer solchen software-gesteuerten Steuereinheit sehr einfach verändert werden kann, können derartige Vorschaltgeräte sehr flexibel eingesetzt werden und dabei die unterschiedlichsten Aufgaben erfüllen.
Ein in der EP 0 708 579 A1 beschriebenes Vorschaltgerät führt beispielsweise zu Beginn des Lampenbetriebs programmgesteuert eine spezielle Testphase durch, um einen für einen stabilen Lampenbetrieb günstigen Frequenzbereich zu ermitteln. Mit Hilfe eines Mikroprozessors wird bei einem in der DE 195 30 485 A1 beschriebenen Vorschaltgerät das Verhalten der Lampe erfaßt und aufgrund eines Vergleichs mit Referenzdaten der Lampentyp festgestellt. Die progammierbare Steuereinheit eines Vorschaltgeräts in der EP 0 582 287 A2 ist in erster Linie für die Kommunikation mit einem zentralen Steuergerät zuständig, das an die verteilt angeordneten Lampen Beleuchtungsbefehle übermittelt. Oftmals werden mit Hilfe des Mikroprozessors aber auch spezielle Beleuchtungssequenzen oder Beleuchtungsprogramme erzeugt, wie dies beispielsweise in der EP 0 449 667 A2 beschrieben ist. Fällen wird der Vorteil ausgenützt, daß eine software-gesteuerte Einheit wesentlich vielseitiger auf unterschiedliche Betriebszustände reagieren kann.
Die im Stand der Technik verwendeten Mikrocontroller führen jedoch ihre Steuerfunktionen, d.h. die Erzeugung der Steuersignale, ausschließlich aufgrund einer entsprechenden Software-Programmierung durch, so daß die allein durch einen Mikrocontroller gebildete zentrale Steuereinheit 3 bei dem Vorschaltgerät von 2 nicht für schnelle Steuervorgänge geeignet ist, da der Mikrocontroller vor Erzeugung eines entsprechenden Steuersignals stets zunächst das entsprechende Software-Programm durchlaufen muß.
Des weiteren ist bekannt, die zentrale Steuereinheit 3 ausschließlich durch Kombination vorgegebener Standardschaltungen, beispielsweise in Form einer integrierten Schaltung, zu realisieren. In diesem Fall ist die zentrale Steuereinheit 3 ausschließlich hardwaremäßig aufgebaut. Eine derart rein hardwaremäßig realisierte zentrale Steuereinheit 3 weist jedoch den Nachteil auf, daß die Steuerschaltung nur schwer an beispielsweise die zu erfassenden Steuer- bzw. Betriebszustandsinformationen betreffende Änderungen angepaßt werden kann. D.h., bei einer rein hardwaremäßigen Realisierung der zentralen Steuereinheit 3 ist die Flexibilität stark eingeschränkt.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist diese der Ausgestaltung der zentralen Steuereinheit 3 zugrunde liegende Problematik keineswegs auf die Anwendung einer zentralen Steuereinheit in elektronischen Vorschaltgeräten zum Betreiben von Gasentladungslampen 10 beschränkt. Vielmehr tritt diese Problematik stets dann auf, wenn mit Hilfe einer zentralen Steuereinheit 3 abhängig von internen Betriebszustandsinformationen sowie externen Steuerinformationen Steuersignale für das Betreiben einer Gasentladungslampe erzeugt werden sollen. Wird die zentrale Steuereinheit als softwaremäßig gesteuerter Mikrocontroller aufgebaut, kann die zentrale Steuereinheit zwar auf einfache Art und Weise an Schaltungsänderungen etc. angepaßt werden, d.h. die Flexibilität ist hoch, andererseits ist – wie bereits oben beschrieben worden ist – die zentrale Steuereinheit in diesem Fall nicht für schnelle Vorgänge geeignet. Wird hingegen die zentrale Steuereinheit 3 rein hardwaremäßig realisiert, ist zwar die zentrale Steuereinheit aufgrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit für schnelle Steuervorgänge geeignet, jedoch ist die Flexibilität der Steuerschaltung bezüglich einer Anpassung der Steuerschaltung an schaltungstechnische Änderungen etc. stark eingeschränkt.
Aus der US-A-5,107,184 ist eine Steuerschaltung bekannt, welche in elektronischen Vorschaltgeräten zum Betreiben von Gasentladungslampen eingesetzt wird. Dabei werden mit Hilfe einer integrierten Schaltung mehrere interne Betriebszustandsinformationen des elektronischen Vorschaltgeräts, wie z.B die Amplitude der Eingangsspannung, die von dem Gleichrichter des elektronischen Vorschaltgeräts gelieferte Gleichspannung, der Eingangsstrom usw., überwacht und davon abhängig ein Ausgangssignal für einen MOSFET erzeugt, um diesen davon abhängig ein-/auszuschalten. An den MOSFET ist der Wechselrichter mit dem damit gekoppelten Lastkreis sowie der Gasentladungslampe angeschlossen. Zudem ist ein Mikrocomputer vorgesehen, der ein über den Gleichrichter mit der Versorgungsspannung übertragenes externes Steuersignal empfängt und davon abhängig einen variablen Spannungspegel an einem Knotenpunkt der Schaltung erzeugt, wobei die von dem Mikrocomputer erzeugte Spannung zugleich eine Eingangsspannung der integrierten Schaltung ist.
Des weiteren ist aus der DE 296 01 289 U1 ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampe bekannt, wobei das elektronische Vorschaltgerät eine Steuervorrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts aufweist. Eine Steuereinheit überwacht Ist-Werte verschiedener Meßgeber des elektronischen Vorschaltgeräts, so daß beispielsweise der Lampenstrom oder die Lampenspannung als interne Bertiebszustandsinformationen erfaßt werden. Des weiteren ist eine CPU vorgesehen, die über die Steuereinheit ebenfalls bestimmte Schaltungsparameter des elektronischen Vorschaltgeräts überwacht, d.h. interne Betriebszustandsinformationen empfängt und auswertet, und über eine Schnittstelle mit einer Prozeßsteuerung kommuniziert, wobei weder der Aufbau der Steuereinheit noch der Aufbau der CPU detailliert beschrieben sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung vorzuschlagen, die einerseits für schnelle Steuervorgänge geeignet ist und andererseits eine ausreichende Flexibilität für schaltungstechnische Änderungen etc. besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung findet insbesondere in einem elektronischen Vorschaltgerät nach Anspruch 9 Anwendung. Die Unteransprüche beschreiben jeweils vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere aus einer Serienschaltung zweier Steuereinheiten, wobei die eine Steuereinheit rein softwaremäßig und die andere Steuereinheit rein hardwaremäßig realisiert ist. D. h., die rein softweremäßig gesteuerte Steuereinheit kann beispielsweise in der Form eines Mikrocontrollers, z. B. eines Mikroprozessors, vorliegen, während die rein hardwaremäßig realisierte Steuereinheit in der Form einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) vorliegen kann.
Die beiden Steuereinheiten sind über eine Schnittstelle mit Hilfe einer bidirektionalen Verbindungsleitung zum Austausch von Informationen zwischen den Steuereinheiten verbunden. Die softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit nimmt zunächst ausschließlich externe Steuerinformationen, d. h. von außen zugeführte Steuerinformationen auf, die beispielsweise von einer zentralen Station der Steuervorrichtung über eine Busleitung oder eine serielle Schnittstelle zugeführt werden. Bei diesen externen Steuerinformationen kann es sich um Sollwertvorgaben für bestimmt Steuergrößen oder externe Zustandsinformationen handeln. Im Falle der Steuerung einer Gasentladungslampe können die Sollwertinformationen beispielsweise Dimminformationen und die externen Zustandsinformationen beispielsweise Helligkeitsinformationen in einem Raum, in dem die Gasentladungslampe angeordnet ist, betreffen.
Die rein hardwaremäßig realisierte zweite Steuereinheit überwacht ausschließlich interne Betriebszustandsinformationen, die die zu steuernde Last betreffen. Diese Betriebszustandsinformationen umfassen auch Fehlerinformationen über bei der Steuerung der Last gegebenenfalls auftretende Fehlerfälle. Diese Betriebszustandsinformationen können bei der Steuerung einer Gasentladungslampe beispielsweise die Lampenspannung, der Lampenstrom oder der Heizstrom sein. Die Fehlerzustandsinformationen können beispielsweise das Vorliegen des sogenannten Gleichrichtereffekts, einer überhöhten Lampenspannung oder eines überhöhten Lampenstroms bezüglich der anzusteuernden Gasentladungslampe sein.
Diese Betriebszustandsinformationen werden von der rein softwaremäßigrealisierien ersten Steuereinheit über die bidirektionale Verbindungsleitung abgefragt, so daß die erste Steuereinheit aufgrund der nunmehr vorliegenden externen Steuerinformationen sowie internen Betriebszustandsinformationen die eigentlichen Betriebssteuerinformationen für die Steuerung der entsprechenden Last, beispielsweise der Gasentladungslampe, gemäß dem entsprechend vorgegebenen Software-Programm erzeugen kann. Diese Betriebssteuerinformationen werden der rein hardwaremäßig realisierten zweiten Steuereinheit zugeführt, die abhängig von diesen Betriebssteuerinformationen die eigentlichen Steuersignale zur Steuerung der angeschlossenen Last erzeugt. So kann beispielsweise im Falle des Betriebs einer Gasentladungslampe die Zündspannung, die Vorheizspannung, die Vorheizzeit, die Zündwiederholungszeit. oder sonstige Reglerwerte eingestellt werden.
Die rein hardwaremäßig realisierte zweite Steuereinheit weist Speichermittel in Form eines Schreib-Lese-Speichers (RAM) auf, in denen die von der zweiten Steuereinheit erfaßten internen Betriebszustandsinformationen und/oder die von der ersten Steuereinheit erzeugten und an die zweite Steuereinheit übertragenen eigentlichen Betriebssteuerinformationen gespeichert werdcn, so daß jederzeit diese Informationen aus dem Speicher wieder abgerufen oder neue Informationen in dem Speicher wieder abgelegt werden können.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist offensichtlich, daß erfindungsgemäß die softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit die langsamen Steuervorgänge und die rein hardwaremäßig realisierte Steuereinheit die schnellen Steuervorgänge übernimmt. Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Steuervorrichtung in eine softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit und eine damit verbundene rein hardwaremäßig realisierte Steuereinheit wird einerseits eine ausreichend hohe Flexibilität durch die Verwendung der softwaremäßig gesteuerten Steuereinheit und andererseits eine ausreichend große Schnelligkeit für schnelle Steuervorgänge durch die Verwendung der rein hardwaremäßig realisierten Steuerein heit gewährleistet. Die Verwendung dieser beiden Steuereinheiten stellt somit eine optimale Kompromißlösung hinsichtlich der Flexibilität, der Betriebsschnelligkeit und des Herstellungspreises der gesamten Schaltung dar.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß die softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit zumindest in gewissen Grenzen ermöglicht, daß ein elektronisches Vorschaltgerät bzw. Lampenbetriebsgerät für verschiedene Lampentypen bzw. Wattagen verwendet werden kann, da mit Hilfe der softwaremäßig gesteuerten Steuereinheit lampenspezifische Steuerinformationen vorgegeben werden können. Das Vorsehen eines Schreib-Lese-Speichers zum Zwischenspeichern der Betriebssteuerinformationen und/oder der interen Betriebszustandsinformationen ist hierfür wichtig, da bei jedem Einschalten des elektronischen Vorschaltgeräts ein Initialisierungsvorgang der hardwaremäßig gesteuerten zweiten Steuereinheit notwendig ist. Damit der Betrieb unterschiedlicher Lasttypen, d. h. insbesondere unterschiedlicher Lampentypen, möglich ist, müssen in der hardwaremäßig gesteuerten Steuereinheit enthaltene Register mit den vom jeweils zu betreibenden Lasttyp (Lampentyp) abhängigen Betriebssteuerinformationen der softwaremäßig gesteuerten Steuereinheit belegt werden, was dem zuvor erwähnten Initialisierungsvorgang entspricht und somit durch den zuvor erläuterten Schreib-Lese-Speicher unterstützt wird.
Des weiteren erlaubt der erfindungsgemäß vorgeschlagene Schreib-Lese-Speicher durch das Zwischenspeichern der internen Betriebszustandsinformationen auch ein nachfolgendes externes Abfragen sowie gegebenenfalls ein Ausdrucken der zurückliegenden Betriebszustandsinformationen, um beispielsweise Auskunft über defekte Lampen, Betriebszeiten oder die Wirtschaftlichkeit der angesteuerten Beleuchtungsanlage zu erhalten.
Vorteilhafterweise ist schließlich auch vorgesehen, daß die der softwaremäßig gesteuerten Steuereinheit vorliegenden Informationen auch extern über eine entsprechende Schnittstelle dieser Steuereinheit abgefragt werden können, so daß beispielsweise auch die von der rein hardwaremäßig realisierten Steuereinheit an die softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit übertragenen internen Betriebszustandsinformationen extern abfragbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung, die in einem elektronischen Vorschaltgerät zum Betreiben zweier Gasentladungslampen eingesetzt ist, und
2 zeigt die Verwendung einer bekannten Steuerschaltung in einem bekannten elektronischen Vorschaltgerät zum Betreiben einer Gasentladungslampe.
Wie bereits anhand 2 erläutert, umfaßt das elektronische Vorschaltgerät einen Gleichrichter 1, einen Wechselrichter 2, einen an den Wechselrichter 2 angeschlossenen Serienresonanzkreis mit einer Spule 4 und einem Kondensator 5 sowie einen Koppelkondensator 6, über den zwei Gasentladungslampen 10 und 15 an den Serienresonanzkreis angeschlossen sind. Für jede dieser Gasentladungslampen ist ein Heiztransformator mit einer Primärwicklung 7A bzw. 11A sowie parallel zu den Lampenwendeln angeschlossenen Sekundärwicklungen 7B, 7C bzw. 11B, 11C vorhanden. Die jeweils eine Gasentladungslampe und den entsprechenden Heiztransformator umfassenden Teilschaltungen sind jeweils identisch an den Serienresonanzkreis angeschlossen.
Eine zentrale Steuervorrichtung 3 überwacht eine Vielzahl von verschiedenen Betriebszustandsgrößen des elektronischen Vorschaltgeräts und empfängt zudem externe Steuerinformationen, wie beispielsweise Sollwertvorgaben oder Istwerte. Die Steuervorrichtung 3 regelt bzw. steuert abhängig von diesen Informationen die für das Betreiben der Gasentladungslampen 10 und 15 wichtigen Betriebsgrößen, wie beispielsweise die Frequenz f oder das Tastverhältnis d der von dem Wechselrichter 2 gelieferten hochfrequenten getakteten Wechselspannung, die Zündspannung, die Vorheizspannung, die Vorheizzeit oder die Zündwiederholungszeit der betriebenen Gasentladungslampen 10 und 15.
Als interne Betriebszustandsinformationen I_intern werden beispielsweise die über die Gasentladungsstrecken der beiden Gasentladungslampen 10 und 15 fließenden Lampenströme i_L1, und i_L2 erfaßt. Zu diesem Zweck ist mit der Gasentladungslampe 10 bzw. 15 ein Widerstand 9 bzw. 14 in Serie gestaltet, so daß die an diesem Widerstand abfallende Spannung als Größe für den entsprechenden Lampenstrom i_L1, bzw. i_L2 ausgewertet werden kann. Des weiteren wird die für die beiden Gasentladungslampen 10 und 15 geltende Lampenspannung U_L1,2 erfaßt und ausgewertet.
Um den Heizstrom bzw. die Heizspannung der beiden Gasentladungslampen 10 und 15 überwachen zu können ist jeweils in Serie mit der Primärwicklung 7A bzw. 11A des entsprechenden Heiztransformators der Gasentladungslampe 10 bzw. 15 ein Widerstand 8 bzw. 13 geschaltet, so daß die an diesen Widerständen abfallende Spannung jeweils als Maß für den entsprechenden Heizstrom i_H1, bzw. i_H2 ausgewertet werden kann.
Wünschenswert ist auch eine Überwachung der Netzspannung u_N bzw. der von dem Gleichrichter 1 gelieferten gleichgerichteten Zwischenkreisspannung u_G, da beispielsweise die Frequenz des Wechselrichters 2 auf den Wert einer Leerlauffrequenz gesetzt werden kann, wenn die Spannungen u_N bzw. u_G einen zum Zünden bzw. Starten der Gasentladungslampen 10 und 15 notwendigen Mindestspannungswert nicht erreichen. Auf diese Weise können die Gasentladungslampen 10 und 15 geschont werden.
Durch Ermitteln des Phasenunterschieds zwischen der Lampenspannung u_L1,2 und den entsprechenden Lampenströmen i_L1 bzw. i_L2 kann die Steuervorrichtung feststellen, ob der an den Wechselrichter 2 angeschlossene Lastkreis mit den Gasentladungslampen 10 und 15 als kapazitive Last wirkt. Dieser Fall kann insbesondere dann auftreten, wenn anstelle der in 1 gezeigten Heiztransformatoren 7A–C und 11A–C jeweils ein Heizkondensator parallel zu den Lampenwendeln der Gasentladungslampen 10 und 15 geschaltet ist und der Wechselrichter 2 mit einer geringen Ausgangsfrequenz betrieben wird. Eine derartige kapazitive Belastung des Wechselrichters 2 kann gegebenenfalls zu einer Zerstörung der als Feldeffekttransistoren ausgebildeten Schalter des Wechselrichters 2 führen. Die der Steuervorrichtung 3 zugeführten internen Betriebszustandsinformationen umfassen auch Fehlerinformationen, d. h. Informationen über das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Fehlers in dem elektronischen Vorschaltgerät. So kann durch Erfassen und Überwachen der Lampenspannung u_L1,2 eine überhöhte Lampenspannung sowie durch Überwachen der Lampenströme i_L1 bzw. i_L2 ein überhöhter Lampenstrom erfaßt und gegebenenfalls korrigiert werden. Des weiteren kann durch Überwachung der Lampenspannung u_L1,2 das Zünden bzw. Nichtzünden der Gasentladungslampen 10 und 15 überwacht werden. Schließlich kann mit der Steuervorrichtung 3 auch der insbesondere bei gealterten Gasentladungslampen auftretende sogenannte "Gleichrichtereffekt" überwacht werden. Dieser Gleichrichtereffekt entsteht durch eine im Laufe der Zeit ungleichmäßige Abnutzung, d. h. Abtragung der Lampenelektroden, so daß wegen der ungleichmäßigen Emissionsflächen der beiden Lampenelektroden der über die Gasentladungsstrecke der betroffenen Gasentladungslampe fließende Lampenstrom in einer Richtung höher ist als in der anderen, d. h. die positiven Halbwellen des Lampenstroms übersteigen die negativen Halbwellen oder umgekehrt. Im Extremfall verschwinden die positiven bzw. negativen Halbwellen vollständig, so daß die betroffene Gasentladungslampe gleichsam als Gleichrichter wirkt. Die aufgrund des Gleichrichtereffekts auftretenden Unsymmetrien im Lampenstrom werden unmittelbar auf den über die Primärwicklung des entsprechenden Heiztransformakors fließenden Heizstrom übertragen. Daher kann der Gleichrichtereffekt vorteilhafterweise durch Überwachung dieses über die Primärwicklung 7A bzw. 11A fließenden Stromes überwacht werden. Daher wird der Heizstrom über Widerstände 16 bzw. 17 nach der entsprechenden Primärwicklung 7A bzw. 11A abgezweigt und der Steuervorrichtung 3 zugeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Steuervorrichtung 3 in zwei Steuereinheiten 3a und 3b aufzuteilen. Die erste Steuereinheit 3a wird gemäß der vorliegenden Erfindung rein softwaremäßig gesteuert und liegt insbesondere in Form eines programmierten bzw. programmierbaren Mikrocontrollers, d. h. Mikroprozessors vor. Die zweite Steuereinheit 3b ist rein hardwaremäßig realisiert, d. h. umfaßt Kombinationen von vorgegebenen Standardschaltungen, und ist insbesondere als anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgestaltet. Ein ASIC ist eine integrierte Schaltung, die für eine spezielle Anwendung konzepiert und entwickelt worden ist, jedoch in großen Mengen in entsprechenden Geräten, beispielsweise elektronischen Vorschaltgeräten, eingebaut wird. Die beiden Steuereinheiten 3a und 3b sind über insbesondere serielle Schnittstellen mittels einer bidirektionalen Datenübertragungsleitung 19 miteinander verbunden.
Die erfindungsgemäße Aufteilung der Steuervorrichtung 3 in die rein softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit 3a und die rein hardwaremäßig aufgebaute Steuereinheit 3b bezweckt, daß die internen Betriebszustandsinformationen des in 1 gezeigten elektronischen Vorschaltgeräts ausschließlich der hardwaremäßig realisierten zweiten Steuereinheit 3b zugeführt werden. Externe Steuerinformationen I_extern werden hingegen ausschließlich der Software-Steuereinheit 3a zugeführt. Diese externen Steuerinformationen können beispielsweise Sollwertvorgaben für bestimmte Regel- bzw. Steuergrößen des elektronischen Vorschaltgeräts sein, die von einer zentralen Station über eine Busleitung oder eine serielle Schnittstelle an die Software-Steuereinheit 3a übertragen werden. So kann beispielsweise mit der Software-Steuereinheit 3a ein Lichtsensor verbunden sein, der die Außenbeleuchtung oder Innenbeleuchtung eines Raumes erfaßt, in dem zumindest eine der Gasentladungslampen 10 und 15 angeordnet ist. Dieser Sensor überträgt abhängig von der erfaßten Beleuchtungsstärke entsprechende Dimminformationen an die Software-Steuereinheit 3a, um die beleuchtungsgerechte Dimmung der Gasentladungslampen 10 und 15 zu bewirken.
Die softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit 3a fragt die hardwaremäßig realisierte Steuereinheit 3b über die bidirektionale Datenübertragungsleitung 19 ab und erhält von der Steuereinheit 3b die dort anliegenden und in einem Speicher 1R abgelegten internen Betriebszustandsinformationen. Der Speicher 18 ist vorteilhafterweise als Schreib-Lese-Speicher (RAM) ausgestaltet, so daß Informationen beliebig aus diesem Speicher ausgelesen sowie in den Speicher eingeschrieben werden können. Die von der Hardware-Steuereinheit 3b an die Software-Steuereinheit 3a übertragenen internen Betriebszustandsinformationen umfassen – wie bereits erwähnt – auch Informationen über in dem elektronischen Vorschaltgerät möglicherweise vorliegende Fehler, wie beispielsweise das Auftreten eines Gleichrichtereffekts, eines Gasdefekts, eines Wendelbruchs oder einer Nichtzündung einer der Gasentladungslampen 10 und 15.
Die Steuereinheit 3a ist rein softwaremäßig gesteuert, d. h. verarbeitet die an ihr anliegenden Informationen gemäß einem vorgegebenen und veränderbaren Programm, welches insbesondere auf einfache und schnelle Art und Weise an schaltungstechnische Änderungen des elektronischen Vorschaltgeräts etc. angepaßt werden kann. Aufgrund der an der Steuereinheit 3a anliegenden externen Steuerinformationen sowie den von der Steuereinheit 3b übertragenen internen Betriebszustandsinformationen ermittelt die Steuereinheit 3a entsprechend des gespeicherten Software-Programms die eigentlichen Betriebssteuerinformationen für das elektronische Vorschaltgerät. Diese Betriebssteuerinformationen können beispielsweise die Zündspannung, die Vorheizspannung, die Vorheizzeit, die Zündwiederholungszeit oder sonstige Reglerwerte der Gasentladungslampen 10 und 15 betreffen.
Nach Ermitteln der Betriebssteuerinformationen überträgt die Software-Steuereinheit 3a diese Informationen über die bidirektionale Datenübertragungsleitung 19 an die Steuereinheit 3b, wo die Betriebssteuerinformationen zusammen mit den an der Steuereinheit 3b anliegenden internen Betriebszustandsinformationen in dem Speicher 18 gespeichert werden. Die hardwaremäßig realisierte Steuereinheit 3b erzeugt nun abhängig von den von der Software-Steuereinheit 3a übertragenen Beriebssteuerinformationen die entsprechenden Steuersignale für den Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts bzw. der Gasentladungslampen 10 und 15, die beispielsweise das Ein- oder Ausschalten des Wechselrichters 2 oder eine Veränderung der Frequenz f bzw. des Tastverhältnisses d der von der Wechselrichtung 2 gelieferten Wechselspannung bewirken können. Die Steuereinheit 3b setzt somit die (digitalen) Betriebsinformationen der Steuereinheit 3a in (analoge) Steuersignale um. Selbstverständlich kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die beispielsweise als ASIC ausgebildete rein hardwaremäßig realisierte Steuereinheit 3b Steuersignale für andere Betriebsgrößen der in 1 gezeigten Schaltung erzeugt.
Vorteilhafterweise weist die softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit 3a eine Schnittstelle auf, über die die in der Steuereinheit 3a verfügbaren Informationen extern abgefragt bzw. ausgegeben werden können. Da die zunächst ausschließlich an der Steuereinheit 3b anliegenden internen Betriebszustandsinformationen über die bidirektionale Busleitung 19 an die Steuereinheit 3a übertragen werden, können somit auch die internen Betriebszustandsinformationen, wie beispielsweise die Heizströme, die Lampenspannung oder die Lampenströme, über diese Schnittstelle abgefragt und extern überwacht werden.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Steuervorrichtung 3 in eine rein softwaremäßig gesteuerte Steuereinheit 3a und eine hardwaremäßig realisierte Steuereinheit 3b wird gewährleistet, daß die beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildete Software-Steuereinheit 3a die langsamen Steuervorgänge und die beispielsweise als ASIC ausgebildete Hardware-Steuereinheit 3b die schnellen Steuervorgänge übernimmt, so daß der Vorteil der großen Flexibilität der Software-Steuereinheit 3a zu tragen kommt, ohne die Steuergeschwindigkeit der gesamten Steuervorrichtung 3 zu beeinträchtigen. Andererseits besitzt die Steuervorrichtung 3 den Vorteil der großen Schnelligkeit der Hardware-Steuereinheit 3b, ohne daß die mangelnde Flexibillät der Steuereinheit 3b zu tragen kommt.

Claims

Steuervorrichtung (3) zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb mindestens einer Lampe (10, 15) mit folgenden Merkmalen: a) eine softwaremäßig gesteuerte erste Steuereinheit (3a); b) eine rein hardwaremäßig realisierte zweite Steuereinheit (3b); c) einen Schreib-Lese-Speicher (18) in der zweiten Steuereinheit (3b); d) die erste Steuereinheit (3a) empfängt von außen zugeführte externe Steuerinformationen (I_extern); e) die zweite Steuereinheit (3b) empfängt die mindestens eine Lampe (10, 15) betreffende interne Betriebszustandsinformationen (I_intern); f) die internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) werden in dem Schreib-Lese-Speicher (18) gespeichert; g) die in dem Schreib-Lese-Speicher (18) gespeicherten internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) werden an die erste Steuereinheit (3a) übertragen; h) die erste Steuereinheit (3a) erzeugt abhängig von den externen Steuerinformationen (I_extern) und den an sie übertragenen internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) Betriebssteuerinformationen und überträgt diese an die zweite Steuereinheit (3b); i) die Betriebssteuerinformationen werden von der ersten Steuereinheit in dem Schreib-Lese-Speicher (18) abgespeichert; und j) die zweite Steuereinheit (3b) erzeugt abhängig von den internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) und den Betriebssteuerinformationen die Steuersignale für den Betrieb der mindestens einen Lampe (10, 15).
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (3a) und zweite Steuereinheit (3b) über eine bidirektionale Datenübertragungsleitung (19) verbunden sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (3a) und zweite Steuereinheit (3b) eine serielle Schnittstelle zur bidirektionalen Datenübertragung über die Datenübertragungsleitung (19) aufweisen.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (3a) eine Schnittstelle aufweist, über die die externen Steuerinformationen (I_extern) und/oder die von der zweiten Steuereinheit (3b) empfangenen internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) abfragbar sind.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (3a) die externen Steuerinformationen (I_extern) über eine Schnittstelle oder einen Datenbus empfängt.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die externen Steuerinformationen (I_extern) von externen Sensoreinrichtungen erzeugte Steuerinformationen umfassen.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (3a) durch einen programmierbaren Mikrocontroller gebildet ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinheit (3b) durch eine anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) gebildet ist.
Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer Gasentladungslampe (10, 15), mit einem mit einer Gleichspannung (u_G) versorgten Wechselrichter (2) zum Erzeugen einer getakteten Wechselspannung, mit einem Serienresonanzkreis (4, 5), der mit dem Wechselrichter (2) verbunden ist, mit mindestens einer an den Serienresonanzkreis angeschlossenen Gasentladungslampe (10, 15), und mit einer Steuervorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erzeugen von Steuersignalen für den Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zweiten Steuereinheit (3b) der Steuervorrichtung (3) erzeugten Steuersignale Steuersignale für die Frequenz (f) und/oder das Tastverhältnis (d) der von dem Wechselrichter (2) gelieferten getakteten Wechselspannung sind.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zweiten Steuereinheit (3b) der Steuervorrichtung (3) erzeugten Steuersignale die Vorheizspannung, die Zündspannung, die Vorheizzeit oder die Zündwiederholungszeit der mindestens einen Gasentladungslampe (10, 15) betreffen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß die internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) die Lampenspannung (u_L1,2), den Lampenstrom (i_L1, i_L2), den Heizstrom (i_H1, i_H2), den Phasenwinkel zwischen der Lampenspannung (u_L1,2) und dem Lampenstrom (i_L1, i_L2) der mindestens einen Gasentladungslampe (10, 15), die dem Wechselrichter (2) zugeführte Gleichspannung (u_G) oder die an einem Gleichrichter (1) zur Erzeugung der Gleichspannung (u_G) anliegende Versorgungswechselspannung (u_N) umfassen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß die internen Betriebszustandsinformationen (I_intern) Fehlerinformationen über Fehlerzustände in dem elektronischen Vorschaltgerät umfassen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerinformationen das Vorliegen eines Gleichrichtereffekts, einer überhöhten Lampenspannung (u_L1,2), eines überhöhten Lampenstroms (i_L1, i_L2), eines Wendelbruchs, eines Gasdefekts oder einer Nichtzündung der mindestens einen Gasentladungslampe (10, 15) oder das Vorliegen einer kapazitiven Belastung des Wechselrichters (2) betreffen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten Steuereinheit (3a) der Steuervorrichtung (3) zugeführten externen Steuerinformationen (I_extern) Sollwertinformationen für bestimmte Steuergrößen des elektronischen Vorschaltgeräts umfassen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten Steuereinheit (3a) der Steuervorrichtung (3) zugeführten externen Steuerinformationen (I_extern) Istwerte bestimmter Umgebungsparameter umfassen.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungsparameter die Außenbeleuchtung eines Raumes, in dem die mindestens eine Gasentladungslampe (10, 15) angeordnet ist, und/oder die Innenbeleuchtung des Raumes betreffen.