DE202008008165U1

DE202008008165U1 - Betriebsgerät für Gasentladungslampen oder andere Leuchtmittel mit Lampenstrommessung

Info

Publication number: DE202008008165U1
Application number: DE200820008165
Authority: DE
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: DE102009020884A1

Abstract

Schaltung zur Messung des Strom durch eine Gasentladungslampe,
wobei die Schaltung aufweist:
– einen mit der potentialniedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe in Serie geschaltetes Strommessglied, durch das der Strom durch die Lampe potentialgetrennt durch einen Übertrager erfassbar ist, wobei
– vorzugsweise zumindest die potentialniedrigere Elektrode der Gasentladungslampe als Heizwendel ausgebildet ist und der Übertrager je eine Primärwicklung in Serie mit jedem Wendelanschluss aufweist, oder die beiden Stiftanschlüsse zumindest der potentialniedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe zusammengeführt sind, so dass der Übertrager primärseitig durch den Summenstrom durch beide Stiftanschlüsse durchflossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf das Gebiet der Betriebsgeräte für Leuchtmittel, insbesondere das Gebiet der elektronischen Vorschaltgeräte (EVGs) für Gasentladungslampen. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf den geregelten Betrieb dieser angeführten Leuchtmittel, und insbesondere auf eine Regelung, bei der der Strom durch die Leuchtmittel selbst erfasst wird, um – ggf. in Kombination mit einem weiteren Parameter wie beispielsweise der Lampenbrennspannung etc. – von einer Steuer- und Regeleinheit ausgewertet zu werden, um wiederum davon abhängig eine Steuergröße wie beispielsweise die Frequenz oder das Tastverhältnis eines Wechselrichters einzustellen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Notlichtbeleuchtungen, die ein derartiges Betriebsgerät aufweisen.
Weit verbreitet ist die Erfassung des Entladestroms durch die Gasentladungslampe mittels eines Messwiderstands (Shunts), der zwischen der potentialniedrigeren Elektrode ('kalten Elektrode') der Gasentladungslampe und dem Erdungspotential geschaltet ist. Dieser Ansatz hat indessen einige Nachteile. Üblicherweise wird nämlich die Gasentladungslampe mit hochfrequenter AC-Spannung betrieben, so dass sich dementsprechend auch ein hochfrequenter AC-Entladestrom einstellt. Um mittels des Messwiderstands (Shunts) ein AC-Signal auszukoppeln, müssen Dioden zur Gleichrichtung und 'Weiterverarbeitung' des Messsignals vorgesehen sein, da in einfacher Weise nur positive Spannungen gemessen werden können. Diese Dioden bilden indessen dann aufgrund ihres Aufbaus ihre kapazitive Last. Diese kapazitive Last wird bei einer direkten Messung über den ohmschen Messwiderstand in den Ausgangskreis eingekoppelt und kann dann insbesondere Messungen an einer Wendel der Gasentladungslampe bei noch nicht gezündeter Lampe (beispielsweise bei Wendeldetektion oder Heizungsregelung) verfälschen bzw. negativ beeinflussen.
Diese Nachteile werden durch eine transformatorische Erfassung des Lampenbrennstroms im Wesentlichen beseitigt, wobei diese transformatorische Erfassung des Lampenstroms grundsätzlich bereits aus der US6572876 sowie aus der EP 1635620 B1 bekannt ist.
Aus 1b der EP1635620 ist es genauer gesagt bekannt, den Lampenstrom, und zwar genauer gesagt den Entladungsstrom, über einen Messtransformator zu erfassen. Dabei richtet ein Vollbrückengleichrichter Strom gleich und führt ihn über einen niederohmigen Messwiderstand auf das Bezugspotential. Über einen Tiefpass aus einem Widerstand und einem Kondensator, der zur Mittelwertbildung dient, wird der Spannungsabfall an Messwiderstand in den Eingang eines nicht-invertierenden Messverstärkers in Form eines Operationsverstärkers gegeben. Dieser gibt sein Ausgangssignal über eine Diode an einen Reglereingang.
Die aus der EP 1 635 620 B1 bekannte Schaltung hat indessen den Nachteil, dass ein in den Heizkreis durch die Wendeln eingekoppelter Strom das Lampenentladungsstrom-Messergebnis verfälschen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, ein vorteilhaftes Vorgehen zur Lampenstrommessung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in vorteilhafter Weise weiter.
Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Schaltung zur Messung des Stroms durch eine Gasentladungslampe vorgesehen, wobei die Schaltung aufweist:

– einen mit der potentialniedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe in Serie geschaltetes Strommessglied, durch das der Strom durch die Lampe potentialgetrennt erfassbar ist, wobei das Strommessglied vorzugsweise ein Übertrager ist.

Dabei ist vorzugsweise zumindest die potentialniedrigere Elektrode der Gasentladungslampe als Heizwendel ausgebildet. Der Übertrager weist je eine Primärwicklung in Serie mit jedem Wendelanschluss auf.
Alternativ kann bei einem sogenannten Kaltstart-EVG die potentialniedrigere Elektrode der Gasentladungslampe nur als Wendel ausgebildet sein.
Alternativ können die beiden Stiftanschlüsse zumindest der potentialniedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe zusammengeführt sein, so dass der Übertrager primärseitig durch den Summenstrom durch beide Stiftanschlüsse durchflossen ist.
Der Übertrager kann sekundärseitig eine Wicklung aufweisen, an die sich ein Diodennetzwerk zur Gleichrichtung der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung anschliesst.
Eine Sekundärwicklung des Übertragers kann ein Tiefpassfilter oder einen Integrator speisen, dessen Ausgangsspannung als Parameter für den Lampenstrom ausgewertet ist.
Das Tiefpassfilter oder der Integrator kann als Kondensator ausgebildet sein.
Wenigstens die potential-niedrigere Elektrode der Gasentladungslampe kann dazu ausgebildet sein, durch einen Heizübertrager mit Heizenergie versorgt zu werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsgerät für eine oder mehrere Gasentladungslampen, aufweisend einen Wechselrichter, der einen Lastkreis mit der wenigstens einer Gasentladungslampe aufweist, weiterhin aufweisend eine Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Das Betriebsgerät kann dabei eine Steuereinheit aufweisen, die den Lampenstrom erfasst und abhängig davon die DC-Versorgungsspannung des Wechselrichters und/oder die Frequenz oder das Tastverhältnis des Wechselrichters steuert.
Der Steuereinheit kann intern oder extern ein Sollwert für den Lampenstrom zugeführt sein, so dass die Steuereinheit den Lampenstrom-Istwert auf diesen Sollwert regelt.
Die Steuereinheit kann ein Steuerelement einer Heizschaltung und/oder einen Schalter einer PFC-Schaltung ansteuern, welche PFC-Schaltung die DC-Versorgungsspannung für den Wechselrichter erzeugt.
Der Steuereinheit kann ein Signal zugeführt sein, das den Strom durch den Wechselrichter wiedergibt.
Der Steuereinheit kann ein Signal zugeführt sein, das die DC-Versorgungsspannung des Wechselrichters wiedergibt.
Die Steuereinheit kann als integrierte Schaltung, ASIC, Mikrokontroller oder Hybrid davon ausgebildet sein.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Notlichtbeleuchtung, aufweisend eine Netzspannungsüberwachung und eine Betriebsgerät der oben erläuterten Art.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.
1 zeigt schematisch ein Betriebsgerät zu geregelten Versorgung eines Leuchtmittels, insbesondere einer Gasentladungslampe, und
2 zeigt im Detail eine mögliche Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist allgemein ein Betriebsgerät 1 dargestellt. Die Spannungsversorgung besteht insbesondere aus einer Netzspannungsversorgung 2, wobei die AC-Netzspannung über einen Gleichrichter 3 gleichgerichtet wird und dann einer Glättungsschaltung in Form beispielsweise eines aktiv mittels eines Schalters getakteten PFCs zugeführt wird. Die Glättungsschaltung (PFC) 5 erzeugt eine DC-Spannung, die oft Zwischenkreisspannung oder Busspannung U_Bus genannt wird. Die DC-Busspannung versorgt einen Wechselrichter in Form einer Halb- oder Vollbrücke. An den Wechselrichter 6 ist ein Lastkreis angeschlossen, der beispielsweise einen parallel zu den Leuchtmitteln 8 angeordneten Serienresonanzkreis aufweisen kann. Schematisch ist weiterhin in 1 dargestellt, dass der Strom durch die Lampe mittels eines Strommessglieds 9 erfasst werden kann.
Weiterhin kann auch die Lampenbrennspannung 10 erfasst werden mittels eines Spannungsmessglieds 10. Die genannten Messsignale werden einer Regel- und Steuereinheit 11 zugeführt. Dieser Regel- und Steuereinheit 11 können weiterhin Messsignale aus dem Bereich der Glättungsschaltung (PFC) 5, die Busspannung U_Bus, sowie Messsignale aus dem Bereich des Wechselrichters, insbesondere der Strom durch einen potentialniedrigeren Schalter von zwei in Serie geschalteten Schaltern des Wechselrichters 6 zugeführt werden.
Falls das Betriebsgerät 1 gemäß 1 auch als Notbeleuchtung arbeiten soll, wird üblicherweise der Regel- und Steuereinheit ein Signal zugeführt, das den Zustand der Netzspannung wiedergibt, so dass ggf. die Steuereinheit eine autonome Spannungsquelle im Netzspannungsausfall einschalten kann.
Die Regel- und Steuereinheit kann darüber hinaus den Schalter 4 des PFCs 5, die Schalter des Wechselrichters 6 wie auch eine Heizschaltung 12 ansteuern. Diese Heizschaltung kann beispielsweise auch mit dem Mittenpunkt der beiden Schalter des Wechselrichters 6 verbunden sein und einen getakteten Schalter aufweisen, der von der Regel- und Steuerschaltung angesteuert ist. Die Übertragung der Heizenergie von der Heizschaltung auf die Wendeln 13, 14 der Gasentladungslampe 8 kann vorzugsweise induktiv erfolgen, wobei dann in Serie zu dem Schalter der Heizschaltung 12 eine Primärwicklung eines Transformators vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Betriebsgeräte 1 mit einer Lampenstromregelung oder mit einer sonstigen Regelung, bei der der Lampenstrom als Eingangsgröße verwendet wird (bspw. eine Lampenregelung). Dazu wird der über das Strommessglied 9 erfasste Lampenstrom mit einem internen oder externen Sollwert I_soll als Stromistwert I_ist verglichen. Die Regeldifferenz I_diff wird dann einem Regelalgorithmus zugeführt, der bestimmt, wie wenigstens eine Steuergröße des Regelkreises anzusteuern ist. Bei der Steuergröße kann es sich beispielsweise um die Ansteuerung der Zwischenkreisschaltung (Glättungsschaltung, PFC) 5 und/oder der Frequenz und/oder des Tastverhältnisses der Schalter des Wechselrichters 6 handeln. Somit ist der Regelkreis geschlossen, und der erfasste Istwert I_ist des Lampenstroms kann auf den extern oder intern vorgegebenen Sollwert I_soll geregelt werden. Der Sollwert I_soll kann dabei auch intern oder extern einstellbar sein, um ein Dimmen der Leuchtmittel 8 zu erreichen.
Der Sollwert I_soll kann auch abhängig von dem Typ des angeschlossenen Leuchtmittels 8 einstellbar sein. Der Typ des angeschlossenen Leuchtmittels 8 kann durch eine Testmessung (bspw. durch eine Wendelerkennung oder Leistungsmessung) erfolgen oder aber über eine extern zugeführte Information (bspw. mittels Information über eine Schnittstelle).
Bezug nehmend auf 2 soll nunmehr eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Strommessglieds 9 erläutert werden. Die Lampe ist wiederum mit 8 bezeichnet und weiterhin sind die Anode 13 und die Kathode 14 der Lampe 8 dargestellt. Schematisch ist die Anode 13 mittels ohmscher Widerstände RW11, RW12 dargestellt, sowie die Kathode 14 mittels der Widerstände RW21, RW22.
Die Gasentladungsstrecke ist also ohmscher Widerstand R_aro modelliert.
In dem dargestellten Beispiel sind die Sekundärwicklungen W₁, W₂ des Heizkreises zu sehen, mittels derer also im dargestellten Beispiel die Anode 14 transformatorisch beheizt werden kann.
Die Erfindung weist nunmehr ein potential-getrenntes Strommessglied 9 in Form eines Übertragers auf. In dem dargestellten Beispiel sind die Primärwicklungen des Übertragers 15 gleichsinnig gepolt, wobei jeder Stiftanschluss 16, 17 der Kathode mit einer separaten Wicklung L1, L1' verbunden ist, die magnetisch gekoppelt sind.
Sekundärseitig kann bei dem Messübertrager 15 eine einzige Sekundärwicklung L2 vorgesehen sein, die ebenfalls die gleichen Wicklungen wie die primärseitigen Wicklungen L1, L1' aufweist. Indessen kann das Windungsverhältnis auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Um beide Halbwellen des AC-Stroms durch die Lampe 8 erfassen zu können, ist sekundärseitig vorgesehen, dass eine erste Halbwelle mittels eines Messwiderstands R1 und einer Diode D1 und die zweite Halbwelle mittels eines Messwiderstands D2 und R2 und einer Diode D2 erfasst wird. Dies stellt ein Gleichrichter-Diodennetzwerk dar, durch das letztendlich eine Spannung an einem Kondensator C1 aufgebaut wird. Diese Spannung kann an dem Kondensator C1 abgegriffen werden und dann der Regel- und Steuereinheit 11 (siehe 1) zugeführt werden.
Erfindungsgemäß wird dann also somit die positive Halbwelle des Lampenstroms ausgewertet und mittels des als Tiefpassfilters oder Integrators wirkenden Kondensators C1 hinsichtlich ihres Mittelwerts ausgewertet.
Eine alternative Ausführungsform zu der von 2 ist erfindungsgemäß, dass die Lampenzweigströme von den beiden Stiften 16, 17 zuerst zusammengeführt werden, um dann über eine den beiden Stiften gemeinsame Primärwicklung des Übertragers 15 erfasst zu werden.
Die an dem Kondensator C1 sich einstellende Spannung ist eine über den Widerstand R3 gemittelte Spannung, die den Mittelwert der Halbwellenspannung durch den Mittelwert des Lampenstroms darstellt.
Die Ausgestaltung gemäß 2 mit je einer Spule (Primärwicklung) pro Lampenstift 16, 17 hat den Vorteil, dass ein im Heizkreis durch die Wendeln W1, W2 fließender Strom sich aufhebt und somit das Messergebnis bzgl. des Lampenstroms nicht verfälschen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6572876 [0004]
- EP 1635620 B1 [0004, 0006]
- EP 1635620 [0005]

Claims

Schaltung zur Messung des Strom durch eine Gasentladungslampe, wobei die Schaltung aufweist: – einen mit der potentialniedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe in Serie geschaltetes Strommessglied, durch das der Strom durch die Lampe potentialgetrennt durch einen Übertrager erfassbar ist, wobei – vorzugsweise zumindest die potentialniedrigere Elektrode der Gasentladungslampe als Heizwendel ausgebildet ist und der Übertrager je eine Primärwicklung in Serie mit jedem Wendelanschluss aufweist, oder die beiden Stiftanschlüsse zumindest der potentialniedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe zusammengeführt sind, so dass der Übertrager primärseitig durch den Summenstrom durch beide Stiftanschlüsse durchflossen ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Übertrager sekundärseitig eine Wicklung aufweist, an die sich ein Diodennetzwerk zur Gleichrichtung der in der Sekundärwikclung induzierten Spannung anschliesst.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Sekundärwicklung des Übertragers ein Tiefpassfilter oder einen Integrator speist, dessen Ausgangsspannung als Parameter für den Lampenstrom ausgewertet ist.
Schaltung nach Anspruch 3, bei der das Tiefpassfilter oder der Integrator als Kondensator ausgebildet ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens die potential-niedrigeren Elektrode der Gasentladungslampe dazu ausgebildet ist, durch einen Heizübertrager mit Heizenergie versorgt zu werden.
Betriebsgerät für eine oder mehrere Gasentladungslampen, aufweisend einen Wechselrichter, der einen Lastkreis mit der wenigstens einen Gasentladungslampe aufweist, weiterhin aufweisend eine Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Betriebsgerät nach Anspruch 6, aufweisend eine Steuereinheit, die mittels einer Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 den Lampenstrom erfasst und abhängig davon die DC-Versorgungsspannung des Wechselrichters und/oder die Frequenz oder das Tastverhältnis des Wechselrichters steuert.
Betriebsgerät nach Anspruch 7, bei der der Steuereinheit intern oder extern ein Sollwert für den Lampenstrom zugeführt ist und die Steuereinheit den Lampenstrom-Istwert auf diesen Sollwert regelt.
Betriebsgerät nach Anspruch 7, bei der der Sollwert für den Lampenstrom abhängig von dem Typ des angeschlossenen Leuchtmittels (8) einstellbar ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Steuereinheit ein Steuerelement einer Heizschaltung und/oder einen Schalter einer PFC-Schaltung ansteuert, die die DC-Versorgungsspannung für den Wechselrichter erzeugt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der Steuereinheit ein Signal zugeführt ist, dass den Strom durch den Wechselrichter wiedergibt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem der Steuereinheit ein Signal zugeführt ist, dass die DC-Versorgungsspannung des Wechselrichters wiedergibt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem die Steuereinheit als ASIC, Mikrokontroller oder Hybrid davon ausgebildet ist.
Notlichtbeleuchtung, aufweisend eine Netzspannungsüberwachung und eine Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13.