ELEKTRONISCH DIMMBARE BALLASTSCHALTUNG FÜR EINE

*DE60225425T220090402*
(19)
Bundesrepublik Deutschland
Deutsches Patent- und Markenamt
(12)
(10)
DE 602 25 425 T2 2009.04.02
Übersetzung der europäischen Patentschrift
G05F 1/00 (2006.01)
(97) EP 1 370 917 B1
(21) Deutsches Aktenzeichen: 602 25 425.6
(86) PCT-Aktenzeichen: PCT/US02/08984
(96) Europäisches Aktenzeichen: 02 723 577.9
(87) PCT-Veröffentlichungs-Nr.: WO 2002/077739
(86) PCT-Anmeldetag: 22.03.2002
(87) Veröffentlichungstag
der PCT-Anmeldung: 03.10.2002
(97) Erstveröffentlichung durch das EPA: 17.12.2003
(97) Veröffentlichungstag
der Patenterteilung beim EPA: 05.03.2008
(47) Veröffentlichungstag im Patentblatt: 02.04.2009
(51) Int Cl.8:
(30) Unionspriorität:
277636 P
104909
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT,
LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
22.03.2001
21.03.2002
US
US
(73) Patentinhaber:
International Rectifier Corp., El Segundo, Calif.,
US
H05B 41/288 (2006.01)
H05B 41/292 (2006.01)
(72) Erfinder:
RIBARICH, Thomas J., Laguna Beach, CA 92651,
US
(74) Vertreter:
Eisenführ, Speiser & Partner, 80335 München
(54) Bezeichnung: ELEKTRONISCH DIMMBARE BALLASTSCHALTUNG FÜR EINE HOCHINTENSITÄTSENTLADUNGSLAMPE
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäische Patent Einspruch
einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist (Art. 99 (1) Europäisches Patentübereinkommen).
Die Übersetzung ist gemäß Artikel II § 3 Abs. 1 IntPatÜG 1991 vom Patentinhaber eingereicht worden. Sie wurde
vom Deutschen Patent- und Markenamt inhaltlich nicht geprüft.
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2009.04.02
ausgangsschaltkreise anzusteuern.
Beschreibung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
eine dimmbare elektronische Ballastschaltung für
eine Hochintensitätsentladungs-(HID)-Lampe, z. B.
eine Metallhalogenid-HID-Lampe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Eine solche dimmbare elektronische Ballastschaltung ist aus US-A-6.107.745 bekannt und enthält eine Gleichrichterstufe zum Gleichrichten eines
Wechselstromeingangs und Bereitstellen eines
gleichgerichteten Gleichstromausgangs, eine Leistungsfaktorkorrekturstufe zum Modifizieren eines
Leistungsfaktors des Wechselstromeingangs und
zum Bereitstellen eines Gleichstromausgangs mit erhöhter Spannung aus dem gleichgerichteten Gleichstromausgang, und eine elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung zum Bereitstellen eines Ansteuersignals, das einen Impulszug enthält, zum
Steuern einer Schaltoperation einer Ausgangsschaltstufe, die die HID-Lampe ansteuert. Die Ausgangsschaltstufe umfasst wenigstens ein elektronisches
Schaltelement, das mit dem Gleichstromausgang mit
erhöhter Spannung gekoppelt ist, um ein gepulstes
Leistungssignal für die HID-Lampe zum Versorgen
der Lampe bereitzustellen. Die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung weist einen Rückkopplungseingang auf, der ein Signal in Bezug auf die von
der HID-Lampe verbrauchte Leistung umfasst, um
die Leistung auf einem gewünschten Pegel zu halten.
Der gewünschte Pegel wird durch einen Dimmsteuereingang der elektronischen Ballastschaltung-Steuerschaltung festgelegt. Solche elektronischen Ballastschaltung-Steuerschaltungen sind ferner beschrieben in US 5.416.387 A und US 5.381.077 A.
[0003] Die Bauform elektronischer Ballastschaltungen für HID-Lampen muss berücksichtigen, dass
HD-Lampen andere Eigenschaften aufweisen als die
anderen Gasentladungslampen, wie z. B. Fluoreszenzlampen. Genauer weisen HID-Lampen höhere
Zündspannungen auf, typischerweise 3 kV von Spitze zu Spitze. Fluoreszenzlampen weisen Zündspannungen von typischerweise 1 kV von Spitze zu Spitze
auf. HID-Lampen weisen keine Glühdrähte auf, so
dass keine Notwendigkeit besteht, Glühdrähte vorzuheizen. Mit elektronischem Ballast versehene Fluoreszenzlampen werden typischerweise mit 30–50
kHz betrieben. HID-Lampen wurden ebenfalls mit
diesen Frequenzen betrieben, jedoch tritt häufig eine
akustische Resonanz auf, die die Lampe aufgrund
von Lichtbogenbildung beschädigen kann und häufig
sogar ein Explodieren der Lampe verursacht. Folglich werden HID-Lampen typischerweise bei niedrigeren Frequenzen im Bereich von einigen 100 Hz betrieben, um akustische Resonanz zu vermeiden. Bei
diesen niedrigen Frequenzen werden größere Vollbrücken-Umschalt-Schaltungen verwendet, um die
HID-Lampe mit einer Rechteckwelle ohne Resonanz-
[0004] Außerdem werden HID-Lampen des Standes der Technik typischerweise mit einem Einzelimpulsstarter gezündet, was zu Zuverlässigkeitsproblemen führt, da die Lampen dabei scheitern können,
mit solchen Einzelimpulszündern zu zünden. Wenn
ferner HID-Lampen heiß sind, steigt die Zündspannung auf viel höhere Pegel, z. B. in der Größenordnung von 25 kV oder dergleichen.
[0005] Diese Eigenschaften erfordern, dass die Ballastschaltungen für solche HID-Lampen andere Eigenschaften aufweisen als die Ballastschaltungen für
typische Fluoreszenzlampen. Außerdem weisen
HID-Lampen typischerweise nur zwei Anschlüsse
auf, während Fluoreszenzlampen typischerweise vier
Anschlüsse aufweisen, wobei zwei Anschlüsse für
die Lampenglühdrähte vorgesehen sind. Ein Beispiel
einer dimmbaren Ballastschaltung für eine Fluoreszenzlampe ist im US-Patent Nr. 6.008.593 gezeigt,
sowie in Adams J. u. a.: "A new control IC for dimmable high-frequency electronic ballasts", APPLIED
POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION, 1999, APEC '99, FOURTEENTH ANNUAL DALLAS, TX, USA, 14.–18. März 1999, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, US, 14. März 1999
(14.03.1999), S. 713–719, XP010323607 ISBN:
0-7803-5160-6.
[0006] Die Erfindung gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 bezieht sich auf eine vollständig funktional dimmbare Ballastschaltung für eine HID-Lampe,
wie z. B. eine Metallhalogenid-HID-Lampe. Der Entwurf enthält ein EMI-Filter, einen Gleichrichter, eine
aktive Leistungsfaktorsteuerstufe, eine Ballastschaltungsausgangsstufe, eine Ballastschaltungssteuerstufe und eine zusätzliche Zeitsteuerschaltung für
mehrfache Zündungen. Die Ballastschaltungssteuerstufe wird verwendet, um die Lampenleistung zu regeln, die minimalen und maximalen Helligkeitspegel
festzulegen und die Ballastschaltung vor Bedingungen zu schützen, wie z. B. Lampenzündungsfehlschlägen, einem niedrigen Gleichstrombuspegel, einer thermischen Überlastung oder einem Lampenversagen während des Normalbetriebs. Im Vergleich
zu herkömmlichen HID-Ballastschaltungen weist die
vorliegende Erfindung insofern Vorteile auf, als sie
eine Dimmung und somit Energieeinsparungen, eine
höhere Zuverlässigkeit, da kein Einzelimpulszünder
verwendet oder benötigt wird, eine hohe Effizienz
(mehr Lumen/Watt), sowie eine leichte Anpassbarkeit an unterschiedliche Lampentypen erlaubt und
das Gewicht, die Größe und die Kosten senkt. Da die
Lampe außerdem mit hohen Frequenzen über 50
kHz betrieben wird, und vorzugsweise über 100 kHz,
ist eine akustische Resonanz kein Problem, wobei
die Bauteilgröße reduziert wird.
[0007] Gemäß einem Aspekt umfasst die Erfindung
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eine dimmbare elektronische Ballastschaltung für
eine HID-Lampe, umfassend: eine Gleichrichterstufe
zum Gleichrichten eines Wechselstromeingangs und
Bereitstellen eines gleichgerichteten Gleichstromausgangs, eine Leistungsfaktorkorrekturstufe zum
Modifizieren eines Leistungsfaktors des Wechselstromeingangs und zum Bereitstellen eines Gleichstromausgangs mit erhöhter Spannung aus dem
gleichgerichteten Gleichstromausgang, eine elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung zum Bereitstellen eines Ansteuersignals, das einen Impulszug
enthält, zum Steuern einer Schaltoperation einer
Ausgangsschaltstufe, die die HID-Lampe ansteuert;
wobei die Ausgangsschaltstufe wenigstens ein elektronisches Schaltelement umfasst, das mit dem
Gleichstromausgang mit erhöhter Spannung gekoppelt ist, um ein gepulstes Leistungssignal für die
HID-Lampe zum Versorgen der Lampe bereitzustellen, wobei die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung einen Rückkopplungseingang aufweist,
der ein Signal in Bezug auf die von der HID-Lampe
verbrauchte Leistung umfasst, um die Leistung auf
einem gewünschten Pegel zu halten, wobei der gewünschte Pegel durch einen Dimmsteuereingang der
elektronischen
Ballastschaltung-Steuerschaltung
festgelegt wird.
[0008] Vorzugsweise ist eine Mehrfachimpulszündung-Zeitsteuerschaltung für eine zuverlässigere
Lampenzündung vorgesehen.
[0009] Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die
Erfindung eine dimmbare elektronische Ballastschaltung für eine HID-Lampe, umfassend: eine Gleichrichterstufe zum Gleichrichten eines Wechselstromeingangs und Bereitstellen eines gleichgerichteten Wechselstromausgangs, eine Hochsetzstufe
zum Bereitstellen eines Gleichstromausgangs mit erhöhter Spannung aus dem gleichgerichteten Gleichstromausgang, eine elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung zum Bereitstellen eines Ansteuersignals, das einen Impulszug umfasst, zum
Steuern einer Schaltoperation einer Ausgangsschaltstufe, die die HID-Lampe ansteuert; wobei die Ausgangsschaltstufe wenigstens ein elektronisches
Schaltelement umfasst, das mit dem Gleichstromausgang mit erhöhter Spannung gekoppelt ist, um ein
gepulstes Leistungssignal für die HID-Lampe zum
Versorgen der Lampe bereitzustellen, wobei die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung einen
Rückkopplungseingang aufweist, der ein Signal in
Bezug auf entweder einen Phasenwinkel der Spannung über der HID-Lampe oder einen Phasenwinkel
des Stroms durch die HID-Lampe umfasst, um die
von der HID-Lampe verbrauchte Leistung auf einem
gewünschten Pegel zu halten, wobei der gewünschte
Pegel durch einen Dimmsteuereingang der elektronischen Ballastschaltung-Steuerschaltung festgelegt
wird.
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[0010] Andere Merkmale und Vorteile der vorliegendem Erfindung werden anhand der folgenden genauen Beschreibung deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0011] Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen genauer beschrieben, in welchen:
[0012] Fig. 1 ein Blockdiagramm der Schaltung gemäß der Erfindung zeigt;
[0013] Fig. 2 ein schematisches Diagramm der
Schaltung gemäß der Erfindung ist;
[0014] Fig. 3 Wellenformen der Lampenspannung,
des Ballastschaltung-Steuerschaltung-Abschaltanschlusses und Zündungszeitsteuerschaltungs-Zählerimpulse während eines Nicht-Zündung-Pulsierens
zeigt;
[0015] Fig. 4 die Lampenspannung in der
Nicht-Zündung-Warteperiode zwischen Lampenimpulsen zeigt;
[0016] Fig. 5 Wellenformen der Lampenspannung,
des Lampenstroms, der Ausgangsspannung von der
Ausgangsschaltstufe, die den Lampenresonanzschaltkreis ansteuert, und einer Stromerfassungsspannung während 100% Helligkeit zeigt;
[0017] Fig. 6 Wellenformen der Lampenspannung,
des Lampenstroms, der Ausgangsschaltstufenspannung und der Stromerfassungsspannung während
50% Dimmung zeigt;
[0018] Fig. 7 die Wechselstromleitungseingangsspannung und den Leitungseingangstrom bei 100%
Helligkeit zeigt; und
[0019] Fig. 8 eine Wechselstromleitungseingangsspannung und den Leitungseingangstrom bei 50%
Helligkeit zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
[0020] Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1
das Basisblockdiagramm der Schaltung gemäß der
Erfindung. Die dimmbare Ballastschaltung für eine
HID-Lampe enthält Verbindungen 10 zu einem
Wechselstromeingang, z. B. einem Wechselstromeingang mit 120 bis 240 Volt. Der Wechselstromeingang wird mittels einer Funkentstörungs-(EMI)-Filterstufe 12 gefiltert, die geeignete kapazitive und induktive Komponenten umfassen kann,
wie Fachleuten bekannt ist, um elektromagnetische
Störungen zu minimieren. Der Wechselstromeingang
wird nach der EMI-Filterung einer Gleichrichterstufe
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14 zur Verfügung gestellt, die einen Vollwellengleichrichter umfassen kann. Der gleichgerichtete Gleichstromausgang des Gleichrichters 14 wird einer Filterund Leistungsfaktorkorrekturstufe 20 zur Verfügung
gestellt, die den gleichgerichteten Gleichstrom vom
Gleichrichter 14 filtert, den Leistungsfaktor korrigiert
und den gleichgerichteten Spannungspegel auf einen Gleichstrombusspannungspegel von etwa 400
Volt oder dergleichen anhebt. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 ist Fachleuten wohlbekannt. Die
Schaltung umfasst einen Hochsetzsteller, der einen
Hochsetzsteller-Elektronikschalter, eine Induktivität
und einen Speicherkondensator für die Wellenumformung und Hochsetzung der Spannung vom Gleichrichter 14 auf die Gleichstrombusspannung enthält.
Ferner formt der PFC-Schaltkreis (PFC, power factor
correction = Leistungsfaktorkorrektur) die Stromwellenform um, um einen Leistungsfaktor an der Wechselstromleitung von ungefähr 1 zu erreichen. Typischerweise liegt der Leistungsfaktor im Bereich von
0,97 bis 0,99. In der vorliegenden Anwendung in Bezug auf eine elektronische Ballastschaltung für eine
HID-Lampe sorgt die PFC-Stufe für eine Wellenumformung derart, dass ein Leistungsfaktor von 0,99 mit
voreilender Spannung erreicht wird.
[0021] Die Gleichstrombusspannung wird über einen Resonanz-LC-Schaltkreis, der eine Resonanz-Induktivität 60, eine Resonanz-Kapazität 62
und eine Serienisolationskapazität 64 enthält, einer
Ausgangsschaltstufe 40 zugeführt, die wenigstens
einen elektronischen Schalter enthält, der die Gleichstrombusspannung über der Lampe 50 schaltet. Der
LC-Schaltkreis formt den impulsbreitenmodulierten
Ausgang von der Ausgangsstufe in ein nahezu sinusförmiges Signal zum Ansteuern der Lampe 50 um.
Spannungsspitzenpegel über der Lampe betragen
etwa 1 kV. Die Betriebsfrequenz ist hoch, über 50
kHz, und vorzugsweise über 100 kHz. Die Frequenz
eliminiert offensichtlich die akustische Resonanz, die
in Schaltkreisen des Standes der Technik auftritt, welche mit niedrigeren Frequenzen im Bereich von 25
bis 40 kHz betrieben werden. Die Lampe 50 kann
eine Metallhalogenid-HID-Lampe sein, z. B. eine Metallhalogenid-HID-Lampe mit 250 Watt. Obwohl in
Fig. 2 ein Schaltbild gezeigt ist, das spezifisch auf
eine solche Lampe zugeschnitten ist, gelten die
Grundprinzipien für HID-Lampen verschiedener Typen und Ausgangsleistungen.
[0022] Die Ausgangsstufe 40 wird mittels einer Ballastschaltung-Steuerschaltung 80 gesteuert. Die Ballastschaltung-Steuerschaltung stellt der Ausgangsstufe 40 impulsbreitenmodulierte Treibersignale zur
Verfügung, um die Schaltoperation der Ausgangsstufe zu steuern. Die Ballastschaltung-Steuerschaltung
80 enthält einen Dimmeingang 82 und empfängt einen weiteren Eingang von einer Zündungszeitsteuerschaltung 90. Der Zweck der Zündungszeitsteuerschaltung 90 besteht darin, die Lampenleistungsim-
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pulse, die an die Lampe während der Zündung angelegt werden, zu modulieren und zu steuern, wobei in
dem Fall, in dem die Lampe nicht zündet, eine Warteperiode vorgesehen ist, um der Lampe ein Abkühlen zu erlauben, bevor erneut Zündimpulse zum Starten der Lampe zur Verfügung gestellt werden. Wie
beschrieben worden ist, werden heiße HID-Lampen
nicht bei Kaltlampen-Zündspannungspegeln wiederzünden. Die Zeitsteuerschaltung 90 liefert mehrfache
Zündimpulse getrennt durch eine Warteperiode.
Durch Warten, bis die Lampe abgekühlt ist, wird die
Notwendigkeit zur Bereitstellung sehr hoher Heißwiederzündungsspannungen eliminiert. Da ferner mehrfach Zündimpulse bereitgestellt werden, wird eine
größere Zuverlässigkeit beim Zünden erreicht, wobei
die Lampe bei niedrigeren Spannungen um 1 kV zuverlässiger zündet.
[0023] Der in Fig. 1 gezeigte Gesamtentwurf, einschließlich der Serieninduktivität 60, der Parallelkapazität 62 und des Lampenresonanzschaltkreises
64, 50, bietet eine Topologie, die ein Zünden und
Dimm-Betriebspunkte erlaubt, während für eine gute
Effizienz mit einer hohen Frequenz gearbeitet wird.
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 ist vorzugsweise ein Hochsetzstellertyp, der in einer kritischen kontinuierlichen Leitungsbetriebsart arbeitet,
obwohl andere Schaltungen verwendet werden können, wie z. B. eine Spannungsverdopplung und dergleichen. Die in Fig. 2 beschriebene Schaltung wurde für einen Betrieb speziell bei 220 Volt Wechselstrom entworfen, so dass die Spitzen-Leistungsfaktorkorrekturströme somit im PFC-Hochsetzsteller-FET M3 und in der Induktivität L3 handhabbar
sind, so dass die Betriebstemperaturen nicht zu hoch
werden.
[0024] Fig. 2 zeigt ein genaues schematisches Diagramm der Schaltung der Erfindung. Die Schaltung
enthält ein EMI-Filter 12, das Induktivitäten L1 und L2
und Kapazitäten C1, C2 und CY umfasst. Der Ausgang des EMI-Filters wird dem Vollwellengleichrichter 14 zugeführt. Der Ausgang des Gleichrichters 14
wird einem Filterkondensator C3 in bekannter Weise
zugeführt. Die gefilterte Gleichspannung vom Gleichrichter wird einem ersten Gleichstrombus zur Verfügung gestellt, der positive und negative Schienen 21
und 22 umfasst. Eine Induktivität L3 und eine Isolationsdiode D1 verbinden die positive Schiene 21 mit
einer positiven Schiene 24 mit erhöhter Spannung
und bilden einen Teil der Leistungsfaktorkorrekturstufe und des Hochsetzstellers 20. Die Leistungsfaktorkorrekturstufe 20 enthält einen integrierten
Leistungsfaktorkorrektursteuerschaltkreis 26, der
Fachleuten wohlbekannt ist und so betrieben wird,
dass er einen Hochsetzstellerschalter M3 schaltet,
der einen MOSFET umfassen kann. Der MOSFET ist
in Serie mit einem Stromerfassungswiderstand
RCS1 vorgesehen, der ein Stromerfassungssignal
für den integrierten Leistungsfaktorkorrekturschalt-
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kreis 26 zur Verfügung stellt. Der integrierte Schaltkreis 26 ist ferner mit einem Steuereingang über den
Widerstand R6 von einer Sekundärseite eines Transformators versehen, der eine Induktivität L3 umfasst.
Die Induktivität L3 dient zum Speichern von Ladung,
wenn die Transistoren M3 einschalten. Wenn M3 abschaltet, wird der Strom von der Induktivität L3, der
durch hohe induzierte Spannung erzeugt wird, dem
Speicherkondensator ELCAP1 zugeführt, der die
hochgesetzte Spannung bereitstellt. L3 dient ferner
als Stromtransformatorsensor für die PFC-Schaltung. Eine niedrige Versorgungsspannung zum Versorgen des IC 26 wird von der Ausgangsstufe mittels
der Leitung bereitgestellt, die die Diode DCP3 enthält. Diese ist Teil einer Ladungspumpenstromversorgung. Die Ladungspumpenstromversorgung für
IC 26 enthält die Dioden DCP3 und DCP4 sowie die
Kondensatoren CSNUB1 und CVIN. Sie liefert eine
über den Kondensator CSNUB2 akkumulierte Ladung an den IC 26, um eine Spannungsversorgung
zu unterstützen, die von den Widerständen RB1 und
RB2 vom Gleichspannungsbus bereitgestellt wird. In
ähnlicher Weise wird dem IC 84, dem Ballastschaltung-Steuerungs-IC, eine Versorgungsspannung
VCC über einen Widerstand RRECT und eine Ladungspumpe bereitgestellt, die die Dioden DCP1 und
DCP2 sowie die Kondensatoren CSNUB1 und
CVCC1 und CVCC2 umfasst.
[0025] Im Folgenden wird die Operation der Leistungsfaktorkorrekturstufe und des Hochsetzstellers
nicht genauer beschrieben, da solche Leistungsfaktorkorrekturstufen und Hochsetzsteller Fachleuten
wohlbekannt sind. Der Zweck der Leistungsfaktorkorrekturstufe 20 besteht darin, die Gleichstrombusspannung hoch zu setzen und die Wellenform geeignet umzuformen, so dass ein hoher Wechselstromeingang-Leistungsfaktor erreicht wird, typischerweise ein Leistungsfaktor von 0,99, und in diesem Fall von 0,99 mit voreilender Spannung, da die
elektronische Ballastschaltung für die HID-Lampe
leicht induktiv ist.
[0026] Die Gleichstrombusspannung (typischerweise 400 V) an den Schienen 24 und 22 wird einer Ausgangsschaltstufe 40 zur Verfügung gestellt, die zwei
elektronische Schaltelemente M1 und M2 umfasst,
die einer Halbbrückenkonfiguration angeordnet sind,
wie Fachleuten ebenfalls bekannt ist. Ein Stromerfassungswiderstand RC2 ist in Reihe mit den elektronischen Schaltelementen M1 und M2 vorgesehen, die
ein Paar MOSFETs sein können. Der Ausgang der
Ausgangsschaltstufe wird an einem gemeinsamen
Anschlusspunkt der zwei Schalttransistoren M1 und
M2 zur Verfügung gestellt, was die später mit Bezug
auf die Spannungswellenformen beschriebene Spannung VS darstellt. Die Spannung VS umfasst einen
impulsbreitenmodulierten Impulszug, der über einen
LC-Schaltkreis der Lampe 50 zugeführt wird. Der
LC-Schaltkreis enthält eine Resonanzinduktivität
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LRES und eine Resonanzkapazität, die eine Resonanzkapazität CRES2 wie in Fig. 2 gezeigt in Form
zweier paralleler Kapazitäten CRES1 und CRES2
umfasst, sowie eine Seriensperrkapazität CDC. Der
LC-Schaltkreis, wie Fachleuten wohlbekannt ist,
schwingt bei der Ballastschaltungs-Betriebsfrequenz
in Resonanz und formt die Spannung VS in eine näherungsweise sinusförmige Signalform um. Die typische Spitzenspannung beträgt etwa 1 kV.
[0027] Die Ballastschaltung-Steuerstufe 80 enthält
einen integrierten Ballastschaltung-Steuerschaltkreis
84, der eine Vorrichtung des IR2159-Typs sein kann.
Der Steuer-IC 84 enthält Anschlussstifte zum Bereitstellen verschiedener Eingangssignale, wie Fachleuten wohlbekannt ist, einschließlich Anschlussstiften 1
und 2, die mit VDC und VCO bezeichnet sind. Der
Anschlussstift VCO ist mit kapazitiven und resistiven
Komponenten gekoppelt, um die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO,
voltage controlled oscillator) im integrierten Schaltkreis 84 zu steuern und die Ausgangsfrequenz zu
steuern. Der Anschlussstift VDC arbeitet als Leitungseingangsspannungserfassung und ist über den
Widerstand RVDC1 mit dem gleichgerichteten
Gleichstrom auf der Schiene 21 gekoppelt. Er ist intern mit einem Unterspannungs/Ausfall-Erfassungsschaltkreis im IC 84 verbunden. Der Anschlussstift
DIM ist über einen Widerstand RDIM mit einem
Dimmeingang 82 gekoppelt, der in der beschriebenen Ausführungsform eine variable Gleichstromversorgung zum Steuern des Dimmpegels umfasst. Die
Dimmstromversorgung variiert genauer zwischen 0,5
Volt bis 5 Volt Gleichspannung, um den Dimmbereich
zur Verfügung zu stellen.
[0028] Die Anschlussstifte MAX und MIN steuern
die maximalen und minimalen Lampenleistungseinstellungen, wie durch die Widerstände RMAX bzw.
RMIN bestimmt wird. Der Anschlussstift FMIN steuert
eine Minimalfrequenzeinstellung, wie durch einen
Widerstand RFMIN bestimmt wird. Die verschiedenen kapazitiven und resistiven Schaltungskomponenten, die beschrieben worden sind, sind mit einer
Signalmasse verbunden, die mit der negativen
Schiene 22 des Gleichstrombusses gekoppelt ist. Die
Eingänge für das Vorheizen sind für HID-Lampen
nicht notwendig, da HID-Lampen keine Glühfäden
aufweisen und somit kein Vorheizen erfordern. Diese
Eingänge werden in geeigneter Weise mittels geeigneter resistiver/kapazitiver Komponenten gegen
Masse gezogen.
[0029] Zusätzliche Eingänge und Ausgänge des
Steuer-IC 84 enthalten die Ausgänge hohe HO-Seite
und niedrige LO-Seite, die jeweils die elektronischen
Schaltelemente M1 und M2 ansteuern, die schwebende Rückführung VS, die mit dem Ausgang der
Ausgangsschaltstufe 40 gekoppelt ist, und die Hochseiten-Gattertreiber-Schwebestromversorgung VB.
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VCC umfasst die Spannungszufuhr für den integrierten Schaltkreis 84, und COM umfasst die Stromversorgung für die integrierte Schaltung und Signalmasse. Ein Stromerfassungseingang CS, der später genauer beschrieben wird, und ein Abschalteingang
SD, der ebenfalls später genauer beschrieben wird,
sind ebenfalls vorgesehen.
[0030] Die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung 80 bietet in bekannter Weise Ausgänge an
den Anschlussstiften HO und LO, um die elektronischen Schalter M1 und M2 alternierend anzusteuern,
um ein Leistungssignal VS dem Lampenresonanzschaltkreis zur Verfügung zu stellen.
[0031] Gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt die
Ballastschaltung-Steuerschaltung 80 für eine Phasensteuerungsdimmung auf der Grundlage des
Dimmeingangs 82. Der Stromerfassungswiderstand
RCS2 in Serie mit den elektronischen Schaltern M1
und M2 der Ausgangsschaltstufe 40 liefert ein Stromerfassungssignal über einen Widerstand RLIM an
den Stromerfassungseingang CS des integrierten
Schaltkreises 84. Fig. 5 zeigt die Lampenspannung
100, den Lampenstrom 110, das Ausgangssignal VS,
das den Lampenresonanzschaltkreis ansteuert, und
den Eingang CS des integrierten Schaltkreises 84 bei
einem Helligkeitspegel von 100%.
[0032] Der integrierte Schaltkreis 84 arbeitet so,
dass er den Nulldurchgang des Signals CS erfasst.
Der Nulldurchgang ist proportional zum Phasenwinkel des Lampenstroms. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfasst die Spannung VS den Ausgang der Ausgangsschaltstufe. Wenn VS hoch ist, ist die hochseitige
Vorrichtung M1 eingeschaltet und die niedrigseitige
Vorrichtung M2 ist ausgeschaltet. Wenn VS niedrig
ist, ist die hochseitige Vorrichtung M1 ausgeschaltet
und die niedrigseitige Vorrichtung M2 ist eingeschaltet. Wie in Fig. 5 durch den Halbzyklus von VS gezeigt ist, umfasst dann, wenn die hochseitige Vorrichtung ausgeschaltet ist und die niedrigseitige Vorrichtung eingeschaltet ist (Abschnitt A), der Eingang am
Anschlussstift CS eine steigende Spannungswellenform, die einen Nulldurchgang Zc aufweist. Es besteht eine Beziehung zwischen dem Phasenwinkel
des Stroms durch den Erfassungswiderstand RCS2
und der Lampenleistung. Je größer der Phasenwinkel, desto geringer ist die Lampenleistung, da Spannung und Strom stärker außer Phase sind, was zu einer reduzierten Wirkleistung führt. Bei einem Phasenwinkel von 90° wird der Lampe keine Leistung zugeführt. Die Helligkeit ist gleich Null. Der Strom in der
Ausgangsschaltstufe und somit im Erfassungswiderstand RCS1 ist gleich dem Strom durch die Resonanzinduktivität LRES, der gleich der Summe der
Ströme in der Lampe 50 und im Resonanzkondensator CRES ist. Der Phasenwinkel des Lampenstroms
bezüglich der Spannung über der Lampe entspricht
der Lampenleistung, wobei der Phasenwinkel in di-
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rekter Beziehung zum Nulldurchgang der Spannung
CS steht. Wenn sich der Phasenwinkel ändert, wird
der Nulldurchgang der Spannung CS am Eingang CS
des integrierten Schaltkreises 84 verschoben. Wenn
sich der Phasenwinkel, und somit der Nulldurchgang,
in Richtung 0° bewegt, wird die Helligkeit erhöht.
Wenn wie in Fig. 5 gezeigt, der Nulldurchgang von
CS zum linken Teil des VS-Halbzyklus verschoben
wird, d. h. näher an den Anfang des Zyklus von VS,
nimmt der Helligkeitspegel zu. Strom und Spannung
sind stärker in Phase. Fig. 5 zeigt Signalformen der
Schaltung der Fig. 2 bei 100% Helligkeit, was einem
Phasenwinkel von etwa 60° entspricht. Im Gegensatz
hierzu zeigt Fig. 6 die selben Wellenformen bei 50%
Dimmung, wobei, wie anhand der Wellenformen zu
sehen ist, der Nulldurchgang in Fig. 6 näher bei 50%
eines Halbzyklus liegt, d. h. bei einem Viertel des Zyklus der Wellenform VS (oder näher an 90°), äquivalent zu einem geringeren Helligkeitspegel, und im gezeigten Beispiel bei 50% Dimmung.
[0033] Wie beschrieben worden ist, arbeitet der integrierte Schaltkreis 84 mittels Erfassen des Orts des
CS-Nulldurchgangs. Dies bietet einen geschlossenen Regelkreis zum Halten der Lampenhelligkeit auf
dem gewünschten Dimmpegel, wie durch den
Dimmeingang 82 festgelegt ist. Da der Nulldurchgang der Spannung CS variiert, variiert die Steuervorrichtung 80 die Frequenz der HO- und LO-Ansteuerausgänge, und variiert somit die Frequenz der Wellenform ES, die der Lampe 50 zur Verfügung gestellt
wird. Genauer arbeitet der IC 84 so, dass die Dimmsteuervorrichtung 82 eine Gleichspannung bereitstellt, die eine Phasenreferenz festlegt. Ein Phasendetektor im IC 84 vergleicht die Referenzphase und
die Phase des Ausgangsstufenstroms, wie durch den
Nulldurchgang der Spannung CS bestimmt, und erzeugt ein Fehlersignal proportional zur Differenz. Das
Differenzsignal zwingt einen VCO des IC 84, die Ausgangsfrequenz in die richtige Richtung zu steuern
(Erhöhen der Frequenz zum Abdunkeln, Senken der
Frequenz zum Aufhellen). Der Fehler wird gegen Null
geführt, wodurch die mittels der Steuervorrichtung 82
festgelegte Helligkeit erreicht und beibehalten wird.
Weitere Einzelheiten der Funktion des IC 84 sind zu
finden in International Rectifier Preliminary Data
Sheet Nr. PD60169D-IR2159(S) Dimming Ballast
Control IC. Der IC 84 erreicht somit eine Phasensteuerungsdimmung der HID-Lampe. Je größer der Phasenwinkel ist, desto kleiner wird die der Lampe zugeführte Wirkleistung, womit die Helligkeit reduziert
wird. Im Gegensatz hierzu nimmt mit kleinerem Phasenwinkel die der Lampe zugeführte Wirkleistung zu
und der Helligkeitspegel steigt an.
[0034] Wie oben beschrieben worden ist, starten
HID-Lampen typischerweise nicht wieder, wenn sie
heiß sind. Um dieses Problem zu beseitigen und um
ferner die Startzuverlässigkeit zu erhöhen, wurde
dementsprechend eine Zeitsteuerschaltung 90 vor-
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gesehen, die einen integrierten Binärzählerschaltkreis 92 umfasst, dessen ausgewählte Bitausgänge
über Dioden DQ0 und DQ5–DQ10 mit einem gemeinsamen Ausgang 94 gekoppelt sind, der über einen
Widerstand RSD1 mit dem Anschlussstift SD (Abschalten) des Steuervorrichtungs-IC 84 gekoppelt ist.
Der Zweck des Schaltkreises 90 besteht darin, eine
Reihe von Impulsen, in Fig. 3 mit der Signalform 98
gezeigt, dem Anschlussstift SD des Steuer-IC 84 zur
Verfügung zu stellen. Diese Impulse 98 enthalten
eine erste begrenzte Anzahl von Impulsen 98A, die
anfangs dem Anschlussstift SD zur Verfügung gestellt werden. Dies steuert die an der Lampe 50 anliegende Lampenspannung durch Unterbrechen der
Lampenspannung, wie mit der Signalform 120 der
Fig. 3 gezeigt ist. Dementsprechend wird die Lampenspannung mit der Frequenz moduliert, die durch
die Wiederholungsrate der Impulse 98A bestimmt
wird, welche dem Anschlussstift SD des integrierten
Schaltkreises 84 zur Verfügung gestellt werden. In
Abhängigkeit davon, welche Bitausgänge des integrierten Zählerschaltkreises 92 für die Verbindung
über die Dioden mit der Leitung 94 ausgewertet werden, kann eine begrenzte Anzahl von Impulsen 98A
auf der Leitung 94 zur Verfügung gestellt werden, bevor ein höherwertiges Ausgangsbit des Zählers IC 92
auf Hochpegel geht und auf Hochpegel verharrt, um
ein Dauerabschaltsignal zur Verfügung zu stellen,
wie mit 98B in Fig. 3 gezeigt ist. Sobald dies geschieht, wird die Operation des integrierten Ballastschaltung-Steuerschaltkreises 84 beendet, wobei die
Schalttransistoren M1 und M2 mit dem Schalten für
eine Warteperiode 121 (Fig. 4) aufhören und der
Lampe 50 keine Ausgangsspannung bereitgestellt
wird.
[0035] Fig. 4 zeigt die Warteperiode 121 zwischen
den Impulsen 120 der Lampenspannung (auf einer
stark reduzierten Zeitskala), wenn das Signal auf der
Leitung 94 auf Hochpegel geht, wie durch das Dauerabschaltsignal 98B bestimmt wird. Wenn die Lampe
beim Zünden scheitert, weil z. B. die Lampe heiß ist,
wird dementsprechend der Steuer-IC für ein Warteintervall von z. B. 5 Minuten, wie in Fig. 4 gezeigt ist,
abschalten, bevor erneut Impulsbündel an die Lampe
angelegt werden. Nachdem das Warteintervall verstrichen ist, geht das höchstwertige Bit des mit der
Leitung 94 gekoppelten Zähler-IC erneut auf Niedrigpegel, was mittels des integrierten Zählerschaltkreises 92 erneut erlaubt, Impulsbündel an die Leitung
94 anzulegen. Wenn die Lampe ausreichend abgekühlt ist, tritt dann eine Zündung ein. Andernfalls wird
der Zyklus wiederholt, bis die Lampe zündet. Wie
oben beschrieben worden ist, stellt der Zählerschaltkreis 92 zwei Zeitintervalle zur Verfügung, nämlich
das Zeitintervall während der begrenzten Anzahl von
Impulsen 98A und das Intervall des Dauerabschaltsignals 98B, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Sobald die Warteperiode beendet ist, wird erneut eine begrenzte Anzahl von Bündelimpulsen 98A auf der Leitung 94 am
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Abschaltanschlussstift SD zur Verfügung gestellt, um
die Lampenspannungswellenform erneut zu takten,
wie in Fig. 3 mit 120 gezeigt ist. Somit stellt der
Schaltkreis 90 zwei Zeitperioden zur Verfügung, eine
erste Zeitperiode, während der der Schaltkreis 90 so
arbeitet, dass er die der Lampe zur Verfügung gestellte Hochfrequenzausgangsspannung für eine begrenzte Anzahl von Bündelimpulsen moduliert, und
eine zweite Zeitperiode, die eine Warteperiode umfasst, bevor die Lampe erneut getaktet wird, um ein
Abkühlen der Lampe zu erlauben. Während der Warteperiode kühlt die Lampe ab und kann zünden, wenn
an die Lampe erneut Spannungsimpulse angelegt
werden.
[0036] In einer bevorzugten Implementierung wird
der SD-Anschlussstift gebündelt mit Intervallen von
näherungsweise 1 Sekunde getaktet, bevor in den
Dauerabschaltmodus gewechselt wird, wie in Fig. 4
mit 121 gezeigt ist. Der Dauerabschaltmodus kann
eine Zeitperiode von z. B. 300 Sekunden umfassen.
Außerdem kann eine normale Ballastschaltung-Betriebsfrequenz, d. h. die an die Lampe angelegte Ausgangsspannungsfrequenz, näherungsweise 120 kHz
betragen. Während der Zündimpulstaktung, die in
Fig. 3 mit der Signalform 98 gezeigt ist, sinkt die
Lampenspannungsfrequenz auf etwa 80 kHz ab. Wie
ferner durch die Wellenform 120 in Fig. 3 gezeigt ist,
steigt während der Periode X die Zündspannung über
eine Serie von Lampenspannungsimpulsen über
eine Periode von 10 Millisekunden an, bevor sie ungefähr bei einem Spannungspegel 1 kV gehalten
wird. Das Vorsehen mehrerer Zündimpulse erlaubt
ein zuverlässigeres Starten der Lampe mit geringerer
Spannung, z. B. bei etwa 1 kV. Das Ansteigen der
mehrfachen Zündungsimpulse trägt ebenfalls zum
Erreichen einer zuverlässigeren Zündung bei.
[0037] Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein elektronischer
Schalter M4 ebenfalls vorgesehen, um das Abschalten des integrierten Schaltkreises 84 während des
Normalbetriebs zu sperren. Wenn das Gate des
Transistors M4 auf Hochpegel liegt, wird SD auf Niedrigpegel gehalten, auch wenn der Zähler 92 Impulse
auf der Leitung 94 liefert. Wenn dementsprechend
die Lampe zündet, verhindert das Potential an FMIN
des Steuer-IC 84, dass das Impulssignal auf der Leitung 94 den Steuer-IC 84 abschaltet.
[0038] Ferner ist eine Rücksetzschaltung vorgesehen, die einen Transistor M5 umfasst. Der Transistor
M5 kann ein PMOS-FET sein. Sein Gate ist mit VCC
gekoppelt. Seine Source ist mit der Spannungsversorgung VDD für den integrierten Zählerschaltkreis
92 verbunden. Diese Spannungsquelle VDD ist über
einen Widerstand RVDD mit der Gleichstrombusschiene 24 verbunden. Die Spannung VDD ist mittels
einer Zener-Diode DVDD auf eine Voreinstellspannung kleiner als die Spannung VCC gesetzt. Dementsprechend wird beim Anlaufen, wenn die Spannung
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VCC ansteigt und noch unter VDD liegt, der MOSFET
M5 eingeschaltet sein, was einen Spannungspegel
über dem Widerstand RRST bereitstellt, um somit
eine Spannungseingabe am Rücksetzanschlussstift
12 des integrierten Schaltkreises 92 bereitzustellen,
was den Zähler IC 92 in einem Rücksetzmodus hält.
Sobald VCC über die Spannung VDD steigt, schaltet
der MOSFET M5 ab und der Rücksetzpegel am Anschlussstift 12 des integrierten Schaltkreises 92 geht
auf Null, was dem Zähler ermöglicht, mit dem Zählen
und Bereitstellen von Impulsen auf der Leitung 94 zu
beginnen. Der Zweck des Rücksetztransistors M5
besteht darin, sicherzustellen, dass der Zähler-IC 92
in einer definierten Weise startet, wenn die Ballastschaltung eingeschaltet wird. Dies verhindert, dass
das sich der Zähler-IC 92 beim Anlaufen der Ballastschaltung im Wartemodus 121 befindet, wie in Fig. 4
gezeigt ist.
[0039] Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen die Wechselstromleitungsspannung und den Wechselstromleitungseingangsstrom für 100% Helligkeit bzw. 50%
Helligkeit. Wenn sich die Leistungsfaktorkorrektur
0,99 nähert, sind die Wechselspannungs- und
Stromeingangsformen im Wesentlichen in Phase.
Wenn die Lampe mit 50% Helligkeit betrieben wird,
ist die Wechselstromeingangsstromwellenform wesentlich in der Amplitude reduziert, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
[0040] Eine Auflistung der Schaltungskomponenten
und Werte ist in der vorläufigen Anmeldung zu finden,
gemäß der Priorität beansprucht wird.
[0041] Die vorliegende Erfindung erreicht dementsprechend eine hohe Wechselstromleitungs-Leistungsfaktorkorrektur und bietet eine effiziente Bereitstellung von Leistung für eine HID-Lampe. Außerdem
vermeidet sie akustische Resonanzprobleme durch
einen Betrieb mit hohen Frequenzen oberhalb von 50
kHz und vorzugsweise oberhalb von 100 kHz. Die
Verwendung hoher Frequenzen erlaubt ferner eine
kompaktere Halbbrücken-Schaltausgangsstufe und
reduziert die Größe der Resonanzausgangsstufe.
Die Erfindung verwendet somit einen anderen Lösungsansatz als der Stand der Technik, bei dem typischerweise niedrige Frequenzen (um einige 100 Hz)
verwendet werden, um HID-Lampen zu versorgen,
so dass akustische Resonanzprobleme vermieden
werden. Die Erfindung vermeidet diese Probleme, indem sie stattdessen hohe Frequenzen verwendet
(über 50 kHz und vorzugsweise über 100 kHz).
[0042] Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug
auf bestimmte Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, sind viele andere Variationen
und Modifikationen und andere Anwendungen für
Fachleute offensichtlich. Die vorliegende Erfindung
soll daher nicht durch die vorliegende spezifische Offenbarung beschränkt sein, sondern nur durch die
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beigefügten Ansprüche.
Patentansprüche
1. Dimmbare elektronische Ballastschaltung für
eine Hochintensitätsentladungs-HID-Lampe (50),
umfassend:
eine Gleichrichterstufe (14) zum Gleichrichten eines
Wechselstromeingangs und zum Bereitstellen eines
gleichgerichteten Gleichstromausgangs;
eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (20) zum Modifizieren eines Leistungsfaktors des Wechselstromeingangs und zum Bereitstellen eines Gleichstromausgangs mit erhöhter Spannung aus dem gleichgerichteten Gleichstromausgang;
eine elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung
(80) zum Bereitstellen eines Ansteuersignals, das einen Impulszug enthält, zum Steuern einer Schaltoperation einer Ausgangsschaltstufe (40), die die
HID-Lampe (50) ansteuert; und
die Ausgangsschaltstufe (40), die wenigstens ein
elektronisches Schaltelement (M1, M2) umfasst, das
mit dem Gleichstromausgang mit erhöhter Spannung
gekoppelt ist, um ein gepulstes Leistungssignal für
die HID-Lampe (50) zum Versorgen der Lampe bereitzustellen; wobei
ein gewünschter Pegel der Leistung durch einen
Dimmsteuereingang (82) der elektronischen Ballastschaltung-Steuerschaltung (80) festgelegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung
(80) einen Rückkopplungseingang (CS) enthält, um
einen Strom in Bezug auf einen Stromfluss durch die
HID-Lampe (50) zu erfassen, wobei die elektronische
Ballastschaltung-Steuerschaltung (80) so konfiguriert
ist, dass sie eine Ist-Leistung der HID-Lampe (50) auf
einem Soll-Leistungspegel gemäß einem Nulldurchgang des Stroms in Bezug auf den Stromfluss durch
die HID-Lampe (50) hält, wobei der Nulldurchgang
proportional zu einem Phasenwinkel des Stromflusses durch die HID-Lampe (50) ist.
2. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei der Rückkopplungseingang
eine Spannung proportional zu einem Strom in der
Ausgangsschaltstufe (40) umfasst.
3. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsschaltstufe
(40) eine Halbbrückenausgangsstufe umfasst, die
ein Paar in Serie verbundener elektronischer Schaltelemente (M1, M2) umfasst, wobei die elektronische
Ballastschaltung-Steuerschaltung (80) ein Paar impulsbreitenmodulierter Ansteuersignale für die jeweiligen elektronischen Schaltelemente (M1, M2) bereitstellt.
4. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 3, wobei das Paar der elektronischen
Schaltelemente (M1, M2) eine Hochseitenvorrich-
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tung, die mit einer positiven Schiene des Hochspannungs-Gleichstromausgangs verbunden ist, und eine
Niedrigseitenvorrichtung, die mit einer negativen
Schiene des Hochspannungs-Gleichstromausgangs
verbunden ist, umfasst, wobei die Hochseitenvorrichtung und die Niedrigseitenvorrichtung an einer gemeinsamen Verbindung miteinander gekoppelt sind
und das gepulste Leistungssignal für die HID-Lampe
(50) von der gemeinsamen Verbindung bereitgestellt
wird.
5. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 4, die ferner einen Stromerfassungswiderstand (RCS2) in Serie mit den elektronischen
Schaltelementen (M1, M2) umfasst, um ein Rückkopplungssignal für die elektronische Ballastschaltung (80) in Bezug auf die von der Lampe (50) verbrauchte Leistung bereitzustellen.
6. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei das Signal in Bezug auf die
von der HID-Lampe (50) verbrauchte Leistung ein Signal umfasst, bei dem der Phasenwinkel des Stroms
zu der in der HID-Lampe 50 verbrauchten Leistung in
Beziehung steht.
7. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 6, wobei das Signal, bei dem der Phasenwinkel des Stroms zu der von der Lampe (50) verbrauchten Leistung in Beziehung steht, ein Signal in
Bezug auf den Strom in der Ausgangsschaltstufe (40)
umfasst.
8. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 7, wobei das Signal in Bezug auf den
Strom in der Ausgangsschaltstufe (40) ein Signal umfasst, das Nulldurchgänge in direkter Beziehung zum
Phasenwinkel des Stroms in der Ausgangsstufe (40)
und proportional zu der von der Lampe (50) verbrauchten Leistung aufweist.
9. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 8, wobei das Signal in Bezug auf den
Strom in der Ausgangsschaltstufe (40) als Spannung
über einem Erfassungswiderstand (RLIM) in Serie
mit dem wenigstens einen elektronischen Schalter in
der Ausgangsschaltstufe (40) erzeugt wird.
10. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, die ferner eine LC-Schaltung umfasst, die zwischen der Ausgangsschaltstufe (40) und
der HID-Lampe 50 angeschlossen ist, um das gepulste Leistungssignal zu einem näherungsweise sinusförmigen Leistungssignal für die Lampe zu filtern.
11. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, die ferner eine Zeitsteuerschaltung
(90) umfasst, um ein gepulstes Zeitsteuersignal der
elektronischen
Ballastschaltung-Steuerschaltung
(80) während der Zündung der HID-Lampe zur Verfü-
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gung zu stellen, wobei das gepulste Zeitsteuersignal
die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung
(80) wiederholt stillsetzt, um somit Impulse des Ansteuersignals der elektronischen Ballastschaltung-Steuerschaltung synchron mit dem gepulsten
Zeitsteuersignal zur Verfügung zu stellen.
12. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 11, wobei das gepulste Zeitsteuersignal eine begrenzte Anzahl von Impulsen umfasst,
und wobei das Zeitsteuersignal ein stetiges Stillsetzsignal der elektronischen Ballastschaltung-Steuerschaltung (80) nach der begrenzten Anzahl von Impulsen zur Verfügung stellt, wenn die Lampe nicht
zündet.
13. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 12, wobei das stetige Stillsetzsignal
nach einer Wartezeitperiode endet und die begrenzte
Anzahl von Impulsen des gepulsten Zeitsteuersignals erneut beginnt.
14. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 13, wobei das stetige Stillsetzsignal
eine solche Dauer aufweist, dass es der HID-Lampe
50 abzukühlen erlaubt, um eine Zündung der Lampe
zu ermöglichen, wenn die begrenzte Anzahl von Impulsen erneut beginnt.
15. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 11, wobei jeder Impuls des gepulsten
Zeitsteuersignals bewirkt, dass eine Häufung des gepulsten Leistungssignals der Lampe (50) zur Verfügung gestellt wird, wobei die Häufung eine Hüllkurve
aufweist, die eine Rampe bis zu einem Spitzenwert
umfasst.
16. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei der Dimmsteuereingang
(82) mit einer veränderlichen Gleichspannung gekoppelt ist, um somit den Dimmpegel der HID-Lampe
(50) zu steuern.
17. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei die Leistungsfaktorkorrekturstufe (20) eine Leistungsfaktorkorrektursteuerschaltung (26) umfasst, die einen Hochsetzsteller
steuert, der einer weiteren elektronischen Schalter
(M3) umfasst, der in Serie mit einer Induktivität gekoppelt ist und über eine isolierende Diode mit dem
Gleichstromausgang mit erhöhter Spannung verbunden ist.
18. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 17, die ferner einen Speicherkondensator (ELCAP1) umfasst, der mit der isolierenden Diode gekoppelt ist, um die erhöhte Spannung des
Gleichstromausgangs zu speichern.
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19. Dimmbare
elektronische
Ballastschaltung
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nach Anspruch 17, wobei die Leistungsfaktorkorrektursteuerschaltung (26) eine Eingabe von einem
Stromsensor (RCS1) empfängt, der zwischen dem
gleichgerichteten Gleichstromausgang und dem weiteren elektronischen Schalter angeschlossen ist.
20. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 19, wobei der Stromsensor (RCS1)
einen Stromtransformator umfasst, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei die Primärseite die Induktivität umfasst und die Sekundärseite mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (26)
als Eingang gekoppelt ist.
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penzündungsperiode mehrere Häufungen von Impulsen des gepulsten Leistungssignals zur Verfügung
gestellt werden.
30. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 29, wobei die Häufungen eine Hüllkurve aufweisen, die eine Rampe bis zu einer Spitzenspannung umfasst.
31. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 29, wobei den mehreren Häufungen
eine Warteperiode folgt, der wiederum nacheinander
mehrere Häufungen und eine Warteperiode folgen.
21. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 11, die ferner eine Rücksetzschaltung
umfasst, um die Zeitsteuerschaltung (90) im Rücksetzzustand zu halten, bis die elektronische Ballastschaltung-Steuerschaltung (80) das Bereitstellen des
gepulsten Leistungssignals begonnen hat.
22. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 10, die ferner eine Stillsetzverhinderungsschaltung umfasst, um das Stillsetzen während
des Normalbetriebs der Lampe (50) zu verhindern.
23. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, die ferner ein EMI-Filter umfasst,
das den Wechselstromeingang mit der Gleichrichterstufe (14) koppelt.
24. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei das gepulste Leistungssignal für die Lampe die Lampe (50) mit einer Frequenz
über 50 kHz versorgt.
25. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 24, wobei das gepulste Leistungssignal für die Lampe die Lampe bei einer Frequenz über
100 kHz versorgt.
26. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsschaltstufe
das
gepulste
Leistungssignal
über
einen
LC-Schwingkreis der HID-Lampe 50 zur Verfügung
stellt.
27. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 26, wobei der LC-Schwingkreis Leistung bei einer Frequenz über 50 kHz der Lampe (50)
zur Verfügung stellt.
28. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 27, wobei der LC-Schwingkreis Leistung bei einer Frequenz über 100 kHz der Lampe zur
Verfügung stellt.
29. Dimmbare elektronische Ballastschaltung
nach Anspruch 1, die ferner eine Schaltung umfasst,
die bewirkt, das der Lampe (50) während einer Lam-
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Es folgen 5 Blatt Zeichnungen
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Anhängende Zeichnungen
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