EP1326485A2 - Ballast for a lamp, and method for operating said ballast - Google Patents

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EP1326485A2
EP1326485A2 EP02027138A EP02027138A EP1326485A2 EP 1326485 A2 EP1326485 A2 EP 1326485A2 EP 02027138 A EP02027138 A EP 02027138A EP 02027138 A EP02027138 A EP 02027138A EP 1326485 A2 EP1326485 A2 EP 1326485A2
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Abstract

The voltage adapter has an inverter with at least one switch and a drive circuit for alternately opening and closing the switch(es). The drive circuit is designed to control the switch or switches alternately with at least two different frequencies. The drive circuit changes between the different frequencies using a changeover frequency selected so that intensities correlated with the drive frequencies cannot be resolved with the human eye. AN Independent claim is also included for the following: a method of operating an inventive device.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter umfaßt, und einer Ansteuerschaltung zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Vorschaltgeräts.The present invention relates to a ballast for a lamp with a Inverter, which comprises at least one switch, and a drive circuit to alternately open and close the at least a switch and a method for operating such a ballast.

Stand der TechnikState of the art

In Vorschaltgeräten, die ohne weitere Signalumsetzung direkt von einem Microcontroller gesteuert werden, sind die möglichen Arbeitsfrequenzen nicht in beliebig feinen Abstufungen wählbar. Durch die Einschränkungen der Hardware, wobei hier insbesondere Registerbreite und Prozessortakt zu erwähnen sind, können nur eine gewisse feste Anzahl möglicher Arbeitsfrequenzen erzeugt werden. Beim Wechsel von einer diskreten Frequenz zur nächsten, zum Beispiel aufgrund von Regelvorgängen, entstehen dadurch abrupte Helligkeitsänderungen der angeschlossenen Lampe, die als störend empfunden werden. In ballasts that can be directly converted from one without further signal conversion Microcontrollers are controlled, the possible working frequencies are not selectable in any fine gradation. Due to the limitations of Hardware, mentioning in particular register width and processor clock only a certain fixed number of possible working frequencies be generated. When changing from a discrete frequency to next ones, for example due to control processes, arise from this abrupt changes in brightness of the connected lamp, which is considered distracting be felt.

Eine Möglichkeit dem entgegen zu wirken besteht darin, durch Erhöhung der Taktfrequenz des Prozessor und breitere Register die Abstufung so zu verfeinern, daß die verbleibenden Helligkeitssprünge nicht weiter auffallen. Dies ist jedoch aus Kostengründen meist nicht erwünscht. Typische Lösungen für dieses Problem sehen deshalb meistens eine Digital-Analog-Wandlung des vom Microcontroller gelieferten Signals vor. Dabei wird das Ausgangssignal des Prozessors überlicherweise an einem Kondensator integriert. Die sich einstellende Spannung steuert wiederum einen Oszillator, zum Beispiel einen VCO (Voltage-Controlled-Oszillator). Die Frequenz des VCO kann in sehr feinen Abstufungen eingestellt werden. Jedoch sind auch hier die anfallenden Kosten noch beträchtlich.One way to counteract this is by increasing the Clock frequency of the processor and wider registers to refine the gradation so that the remaining jumps in brightness are no longer noticeable. This is usually not wanted for cost reasons. Typical solutions for this problem therefore mostly see a digital-to-analog conversion of the signal supplied by the microcontroller. The output signal of the processor usually integrated on a capacitor. Which setting voltage in turn controls an oscillator, for example one VCO (voltage controlled oscillator). The frequency of the VCO can be very fine gradations can be set. However, here are the ones that arise Costs still considerable.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Vorschaltgerät der eingangs genannten Art sowie das eingangs genannte Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts derart weiterzubilden, daß auf kostengünstige Weise abrupte Helligkeitsänderungen einer angeschlossenen Lampe vermieden werden können.The object of the present invention is therefore a ballast of the type mentioned at the beginning and the method mentioned at the beginning to operate a ballast such that abrupt changes in brightness of a connected Lamp can be avoided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Vorschaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts mit den Merkmalen von Patentanspruch 8.This task is solved by a ballast with the characteristics of Claim 1 and by a method for operating a ballast with the features of claim 8.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Integration der wechselnden Lampenhelligkeiten nicht an einem dafür vorgesehenen Kondensator durchgeführt wird, sondern durch die Trägheit der menschlichen Wahrnehmung. Eine periodisch schwankende Helligkeit der Lampe wird nicht registriert, wenn das Schwanken oberhalb von ca. 80 Hz liegt. Mittels des Umschaltens zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen kann jede wahrnehmbare Helligkeit zwischen den fest vorgegebenen diskreten Werten erzeugt werden.The invention is based on the knowledge that the integration of the changing Lamp brightness not on a capacitor provided for this is carried out but by the sluggishness of human perception. A periodically fluctuating brightness of the lamp is not registered, if the fluctuation is above approx. 80 Hz. By switching between at least two different frequencies any perceptible brightness between the fixed discrete ones Values are generated.

Bevorzugt ist die Ansteuerschaltung ausgelegt, einen Wechsel zwischen den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen mit einer Umschaltfrequenz durchzuführen, die derart gewählt ist, daß die mit den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen korrelierten unterschiedlichen Helligkeiten der Lampe von einem menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden können. Die Umschaltfrequenz beträgt daher bevorzugt mindestens 60 Hz, insbesondere mindestens 80 Hz.The control circuit is preferably designed to switch between the carry out different control frequencies with a switching frequency, which is chosen such that the one with the different drive frequencies correlated different lamp brightness from one human eye can no longer be resolved. The switching frequency is therefore preferably at least 60 Hz, in particular at least 80 Hz.

Dem Wechselrichter kann ein Netzgleichrichter vorgeschaltet sein, der aus einem Wechselspannungsnetz speisbar ist, das eine Netzfrequenz aufweist, wobei die Umschaltfrequenz mit der Netzfrequenz synchronisiert ist. Wenn nämlich in dem Vorschaltgerät Rippel mit der Netzfrequenz oder Vielfachen davon auftreten, kann es bei unsynchronisierter Ansteuerung zu niederfrequenten Schwebungen kommen, die so niederfrequent sein können, daß sie wiederum vom menschlichen Auge wahrgenommen werden können. Beispielsweise beträgt die Netzfrequenz 50 Hz oder 60 Hz und die entspechenden Umschaltfrequenzen sind dann Vielfache von 50 Hz, insbesondere 100 Hz, oder Vielfache von 60 Hz, insbesondere 120 Hz. Alternativ kann auch vorgesehen werden, daß die Netzfrequenz ein Vielfaches der Umschaltfrequenz ist. A grid rectifier can be connected upstream of the inverter an AC voltage network can be fed that has a network frequency, the switching frequency being synchronized with the mains frequency. If namely in the ballast Rippel with the mains frequency or multiples of this can occur with unsynchronized control at low frequencies Beats come that can be so low frequency that they in turn can be perceived by the human eye. For example the mains frequency is 50 Hz or 60 Hz and the corresponding one Switching frequencies are then multiples of 50 Hz, in particular 100 Hz, or multiples of 60 Hz, in particular 120 Hz. Alternatively, too be provided that the network frequency is a multiple of the switching frequency is.

Bei Betrieb des Vorschaltgeräts an einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise an Batterien, ist keine Synchronisation mit einer extern erzeugten Frequenz erforderlich. In diesem Fall wird eine Umschaltfrequenz gewählt, die technisch gut zu realisieren ist und zugleich größer als die vom menschlichen Auge noch wahrnehmbare Flackerfrequenz ist.When operating the ballast on a DC voltage source, for example on batteries, is not synchronization with an externally generated frequency required. In this case, a switching frequency is chosen that is technically easy to implement and at the same time larger than that of humans Is still perceptible flicker frequency.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Further advantageous developments of the invention are in the subclaims Are defined.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Ein Ausführungsbespiel wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Figur 1
in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts;
Figur 2
in schematischer Darstellung die in der Lampe umgesetzte Leistung in Abhängigkeit der Frequenz ω; und
Figur 3
den zeitlichen Verlauf der in der Lampe umgesetzten Leistung bei einem erfindungsgemäßem Vorschaltgerät.
An exemplary embodiment is described in more detail below with reference to the accompanying drawings. They represent:
Figure 1
a schematic representation of an embodiment of a ballast according to the invention;
Figure 2
a schematic representation of the power converted in the lamp as a function of the frequency ω; and
Figure 3
the time course of the power converted in the lamp in a ballast according to the invention.

Figur 1 zeigt ein Vorschaltgerät zum Betreiben einer Lampe La. Ein erster und ein zweiter Schalter S1; S2 sind zwischen der Versorgungsspannung Vcc und Masse angeordnet. Der Mittelpunkt zwischen den beiden Schaltern S1, S2, die bevorzugt als Transistoren realisiert sind, ist über einen Koppelkondensator CK mit dem Ausgangskreis verbunden, der eine Induktivität L sowie einen Kondensator C umfaßt. Das Öffnen und Schließen der Schalter S1; S2 erfolgt durch eine Ansteuerschaltung 10, die ausgelegt ist, die beiden Schalter S1; S2 abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen anzusteuern. Die Umschaltfrequenz zwischen den beiden Ansteuerfrequenzen beträgt mindestens 60 Hz, bevorzugt mindestens 80 Hz.Figure 1 shows a ballast for operating a lamp La. A first and a second switch S1; S2 are arranged between the supply voltage V CC and ground. The center between the two switches S1, S2, which are preferably implemented as transistors, is connected via a coupling capacitor C K to the output circuit, which comprises an inductance L and a capacitor C. Opening and closing switches S1; S2 is carried out by a control circuit 10, which is designed to switch S1; S2 can be controlled alternately with at least two different frequencies. The switching frequency between the two control frequencies is at least 60 Hz, preferably at least 80 Hz.

Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der in der Lampe umgesetzten Leistung PL, die mit der von der Lampe abgegebenen Helligkeit korreliert ist, über der Frequenz ω. Die Frequenz ω liegt beispielsweise zwischen 25 kHz und 125 kHz. Eine erste Frequenz ωa ist mit einer ersten Lampenleistung Pa korreliert, eine zweite Frequenz ωb' die größer ist als ωa, ist mit einer zweiten Lampenleistung Pb korreliert, die kleiner ist als die Lampenleistung Pa. ωa und ωb sind zwei diskrete aufeinanderfolgende Ansteuerfrequenzen, die an der Ansteuerschaltung 10 bereitgestellt werden können. Ein unmittelbares Hin- und Herschalten zwischen der Lampenleistung Pa und der Lampenleistung Pb im Rahmen einer Regelung würde zu Helligkeitssprüngen führen, die von einem menschlichen Auge wahrgenommen werden können.FIG. 2 shows the time profile of the power P L converted in the lamp, which is correlated with the brightness emitted by the lamp, over the frequency ω. The frequency ω is, for example, between 25 kHz and 125 kHz. A first frequency ω a is correlated with a first lamp power P a , a second frequency ω b ' which is greater than ω a is correlated with a second lamp power P b which is less than the lamp power P a . ω a and ω b are two discrete successive drive frequencies that can be provided on the drive circuit 10. A direct switching back and forth between the lamp power P a and the lamp power P b as part of a regulation would lead to brightness jumps that can be perceived by a human eye.

Figur 3 zeigt zunächst den zeitlichen Verlauf bei Betrieb des Vorschaltgeräts entweder mit der Lampenleistung Pa oder der Lampenleistung Pb, wobei sich in dem zeitlichen Verlauf die Netzfrequenz des Spannungsnetzes, aus dem das Vorschaltgerät betrieben wird, in Form von Rippeln widerspiegelt. Erfindungsgemäß wird das Vorschaltgerät während einer Zeitdauer ta mit der Lampenleistung Pa , während einer Zeitdauer tb mit der Lampenleistung Pb betrieben. Das Umschalten zwischen der Lampenleistung Pa und der Lampenleistung Pb ist mit den Rippeln synchronisiert, wobei das Umschalten nicht notwendigerweise an den jeweiligen Maxima erfolgen muß. Die sich einstellende mittlere Lampenleistung Pm ist demnach Pm=(ta*Pa+tb*Pb)/(ta+tb) FIG. 3 first shows the time course during operation of the ballast either with the lamp power P a or the lamp power P b , the line frequency of the voltage network from which the ballast is operated being reflected in the form of ripples. According to the invention, the ballast is for a time t a to the lamp power P a, during a time period t b with the lamp power P b operated. The switching between the lamp power P a and the lamp power P b is synchronized with the ripples, the switching not necessarily having to take place at the respective maxima. The resulting average lamp power P m is accordingly P m = (T a * P a + t b * P b ) / (T a + t b )

Die schraffierten Flächen in Figur 3 zeigen den Verlauf der Lampenleistung bei einem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät.The hatched areas in FIG. 3 show the course of the lamp power in a ballast according to the invention.

Bei Betrieb des Vorschaltgeräts mit einer Gleichspannungsquelle ist natürlich keine Synchronisation möglich. In diesem Fall wird die Umschaltfrequenz zwischen der Lampenleistung Pa und der Lampenleistung Pb so gewählt, daß sie über der von einem menschlichen Auge wahrnehmbaren Flackerfrequenz liegt.When the ballast is operated with a DC voltage source, synchronization is of course not possible. In this case, the switching frequency between the lamp power P a and the lamp power P b is selected so that it is above the flicker frequency perceivable by a human eye.

Claims (8)

Vorschaltgerät für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter (S1; S2) umfaßt, und einer Ansteuerschaltung (10) zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters (S1; S2),
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (10) ausgelegt ist, den mindestens einen Schalter (S1; S2) abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (ωa, ωb) anzusteuern.Ballast for a lamp with an inverter, which comprises at least one switch (S1; S2), and a control circuit (10) for alternately opening and closing the at least one switch (S1; S2),
characterized in that the control circuit (10) is designed to control the at least one switch (S1; S2) alternately with at least two different frequencies (ω a , ω b ). Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (10) ausgelegt ist, einen Wechsel zwischen den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen (ωa, ωb) mit einer Umschaltfrequenz durchzuführen, die derart gewählt ist, daß die mit den unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen (ωa, ωb) korrelierten unterschiedlichen Helligkeiten der Lampe (La) von einem menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden können.Ballast according to claim 1,
characterized in that the control circuit (10) is designed to carry out a change between the different control frequencies (ω a , ω b ) with a switching frequency which is selected such that the different correlated with the different control frequencies (ω a , ω b ) Brightness of the lamp (La) can no longer be resolved by a human eye. Vorschaltgerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfrequenz mindestens 60 Hz, insbesondere mindestens 80 Hz beträgt. Ballast according to claim 2,
characterized in that the switching frequency is at least 60 Hz, in particular at least 80 Hz. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselrichter ein Netzgleichrichter vorgeschaltet ist, der aus einem Wechselspannungsnetz speisbar ist, das eine Netzfrequenz aufweist, wobei die Umschaltfrequenz mit der Netzfrequenz synchronisiert ist.Ballast according to one of the preceding claims,
characterized in that a grid rectifier is connected upstream of the inverter and can be fed from an AC voltage network having a network frequency, the switching frequency being synchronized with the network frequency. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz 50 Hz beträgt und die Umschaltfrequenz ein Vielfaches von 50 Hz, insbesondere 100 Hz, ist.Ballast according to claim 4,
characterized in that the mains frequency is 50 Hz and the switching frequency is a multiple of 50 Hz, in particular 100 Hz. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz 60 Hz beträgt und die Umschaltfrequenz ein Vielfaches von 60 Hz, insbesondere 120 Hz, ist.Ballast according to claim 4,
characterized in that the network frequency is 60 Hz and the switching frequency is a multiple of 60 Hz, in particular 120 Hz. Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz ein Vielfaches der Umschaltfrequenz ist. Ballast according to claim 4,
characterized in that the network frequency is a multiple of the switching frequency. Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgeräts für eine Lampe mit einem Wechselrichter, der zumindest einen Schalter (S1; S2) umfaßt, und einer Ansteuerschaltung (10) zum abwechselnden Öffnen und Schließen des mindestens einen Schalters (S1; S2),
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung den mindestens einen Schalter (S1; S2) abwechselnd mit mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen (ωa, ωb) ansteuert.Method for operating a ballast for a lamp with an inverter, which comprises at least one switch (S1; S2), and a control circuit (10) for alternately opening and closing the at least one switch (S1; S2),
characterized in that the control circuit controls the at least one switch (S1; S2) alternately with at least two different frequencies (ω a , ω b ).
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