Der Strom, den ein Vorschaltgerät zum Betrieb von Gas- entldungslampen dem Netz entnimmt, muss bestimmten Vorschrif- ten und Normen entsprechen. Ein Beispiel für eine Norm ist dabei der IEC-Standard 1000-3-2. Lampenvorschaltgeräte sind in diesem Standard Betriebsgeräte der Klasse C, für die be- stimmte maximal zulässige Grenzwerte für die Oberwellen des Netzstroms gelten. Die Anforderungen an moderne EVGs gehen also dahin, dass der Leistungsfaktor A, also das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung, im Netz möglichst nahe 1 sein soll.

Unabhängig davon wird unter dem Gesichtspunkt einer langen Lebensdauer der Lampe an den Lampenstrom ILA die Anforderung eines niedrigen Scheitelfaktors (Crestfaktor) gestellt, wobei IzA [mA] den betragsmäßigen Maximalwert (Spitzenwert) der

Amplitude des Lampenstroms iIA (t) bezeichnet und LA, eff [mA] den Effektivwert des Lampenstroms iLA (t) bezeich- net.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich indessen primär mit dem Problem der Netzstrom-Oberwellen.

Um die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung besser nach- vollziehen zu können, soll im Folgenden kurz auf die grundle- genden Techniken, Prinzipien und Probleme einer Auswahl her- kömmlicher elektronischer Vorschaltgeräte eingegangen werden.

Eine Art elektronischer Lampenvorschaltgeräte basiert auf dem Einsatz einer als Ladungspumpe fungierenden Pumpschaltung (engl. : "Charge Pump") zur Verringerung der Netzstrom- Oberwellen. Derartige Pumpschaltungen werden in der einschlä- gigen Literatur auch als Schaltungen mit Energierückführung bezeichnet. Die mit Hilfe einer derartigen Pumpschaltung er- zeugte Ausgangsspannung Ua ist dabei vom Betrag her üblicher- weise größer als die Eingangsspannung Ue.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von derartigen Pumpschal- tungen in EVGs ist, dass kein zusätzliches aktives Schaltele- ment (Transistor etc. ) benötigt wird. Ein oder mehrere Poten- zialpunkte des EVG's werden über Pumpkondensatoren mit Poten- zialpunkten eines Gleichspannungszwischenkreises verbunden, der sich zwischen dem Ausgangstor des Netzgleichrichters und dem Eingangstor des Wechselrichters befindet. Damit ist ein Energierücktransport in den Gleichspannungszwischenkreis mög- lich. Die Kondensatoren gleichen den Potenzialunterschied aus, wenn die Netzspannung unter die am Zwischenkreiskonden- sator abfallende Spannung sinkt. Dabei erfolgt im Idealfall eine Entnahme eines sinusförmigen und zur Netzspannung nicht phasenverschobenen Stromes aus dem Netz.

Die Funktion der in Fig. la dargestellten Ladungspumpe beruht darauf, die Spannung am Kondensator C2 auf einen Wert über der Eingangsspannung Ue zu erhöhen. Dazu wird der Kondensator Cl zuerst geladen und danach seine Ladung in den Kondensator C2"gepumpt". In der Stellung 1-1'der beiden Umschalter S1 und S2 liegt Cl an der Eingangsspannung Ue und wird auf Ue geladen, C2 liegt isoliert vom Eingang. Nun werden S1 und S2 in die Stellung 2-2'umgeschaltet. Der negative Anschluss von Cl, der vorher an Masse gelegen ist, liegt nun am positiven Anschluss von Ue, sein positiver Anschluss liegt an C2. In dieser Beschaltung werden vom Eingang positive Ladungen auf die im Bild linke Platte von Cl gebracht. Durch Ladungsver- schiebung werden die auf der Gegenelektrode befindlichen La- dungen zu C2 verschoben. Dieser Vorgang wird periodisch wie- derholt. Bleibt der Ausgang unbelastet, so stellt sich dort bei gleicher Größe der Kondensatoren Cl und C2 innerhalb ei- niger Ladezyklen am Ausgangstor der Schaltung eine Ausgangs- spannung Ua ein, deren Betrag gleich dem der doppelten Ein- gangsspannung Ue ist : Ua = 2 Ue.

Allgemein gilt : wobei Ua die Ausgangsspannung der Ladungspumpe, Ue die Eingangsspannung der Ladungspumpe, C1 die Kapazität des Pumpkondensators und C2 die Kapazität des Ausgangskondensators angibt.

Die in Fig. 1b dargestellte technische Ausführungsform einer konventionellen Ladungspumpe basiert auf einer Abwandlung der in Fig. la skizzierten Prinzipschaltung dahingehend, dass die beiden Umschalter Sl und S2 aus Fig. la durch die vier Fel- deffekttransistoren T1, T2, T3 und T4 ersetzt sind. Zusätz- lich wird zur Verringerung der Eingangsimpedanz der Schaltung ein Kondensator Ce zum Eingang parallel geschaltet. Eine Um- schaltung zwischen dem Laden von CF und der Ladungsverschie- bung zum Ausgangskondensator Ca wird durch eine getaktete Steuerspannung an den Gates der Leistungstransistoren er- reicht. Diese digitalen Steuerspannungen verhalten sich zu- einander invers, d. h. bei"High"-Potenzial der einen Spannung liegt die andere Spannung auf"Low"-Potenzial und umgekehrt.

Dazu werden T2 und T3 mit der gemeinsamen Spannung Ustl getak- tet, Tl und T4 durch Oust2. Schalten T2 und T3 durch, so wird CF auf Ue geladen (abzüglich der Summe der Drain-Source- Spannungen Uns. und UDS3 von T2 und T3). Nach dem Umschalten der Steuerspannungen sperren T2 und T3, während T1 und T4 durchgeschaltet sind. Der im Ladezyklus über T3 an Masse ge- schaltete linke Anschluss von CF liegt dann über T1 an der Eingangsspannung Ue. Die bisher negativ geladene Platte von CF wird positiv geladen. Durch Ladungsverschiebung werden die positiven Ladungen von der rechten Platte über T4 auf den Ausgangskondensator Ca verschoben, wodurch sich die an Ca ab- fallende Ausgangsspannung Ua erhöht.

Für die Anzahl und Anbindung der Pumpkondensatoren gibt es die vielfältigsten Möglichkeiten. Beispielsweise ist in der europäischen Patentschrift EP 0 253 224 B1 eine Schaltungsan- ordnung zum hochfrequenten Betrieb einer oder mehrerer paral- lel geschalteter Niederdruckentladungslampen offenbart, die über einen Netzgleichrichter, einen Wechselrichter (Wechselrichter), bestehend aus zwei in einer Halbbrücke an- geordneten Bipolartransistoren T1 und T2, einen Serienreso-

nanzkreis sowie über ein Oberwellenfilter zur Reduzierung des Netzstrom-Oberwellengehalts verfügt. Das Oberwellenfilter be- steht dabei aus einer Serienschaltung zweier in Vorwärtsrich- tung des vom Netzgleichrichter bereitgestellten pulsierenden Gleichstroms gepolter, an dem besagten Netzgleichrichter an- geschlossener Dioden D8 und D9, einem Kondensator C7, der den Mittenabgriff M2 zwischen den Dioden D8 und D9 mit dem Mit- tenabgriff M1 zwischen den Transistoren Tl und T2 des Wech- selrichters verbindet sowie einem weiteren Kondensator C8, der den Mittenabgriff M2 mit dem Mittenabgriff M3 zwischen dem Serienresonanzkreis und einer Elektrode der Lampe verbin- det. Im Parallelzweig der beiden Dioden sind zwei weitere, in Serie geschaltete Dioden D10 und D11 vorgesehen, deren Mit- tenabgriff M2 ebenfalls mit dem Mittenabgriff M1 zwischen den beiden Transistoren T1 und T2 des Wechselrichters verbunden ist.

Fig. lc zeigt eine zweite technische Ausführungsform dieser Ladungspumpe nach dem Stand der Technik mit einem selbstsper- renden p-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor T1, einem selbstsperrenden n-Kanal-Metalloxid-Feldeffekttransistor T2 und zwei Dioden D1 und D2, mit der der Betrag der momentanen Eingangsspannung Ue nahezu verdoppelt wird. Mit dem aus den beiden Leistungstransistoren T1 und T2 gebildeten Treiber lassen sich dabei auch Spannungsvervielfacher nach Villard ansteuern, mit denen sich hohe Spannungen beider Polaritäten ohne Zuhilfenahme eines Transformators verwirklichen lassen.

Durch die Steuerspannung Ut werden die beiden Transistoren T1 und T2 wechselweise ein-und ausgeschaltet. Nachdem der n- Kanal-Transistor T2 durchgeschaltet worden ist, lädt sich der Pumpkondensator Cl über die Diode D1 auf. Im Anschluss daran sperrt der n-Kanal-Transistor T2, und der p-Kanal-Transistor T1 wird durchgeschaltet. Dadurch wird die am Pumpkondensator Cl abfallende Spannung Ucl auf die Eingangsspannung Ue aufge- stockt und ein Teil der Ladung von Cl über die Diode D2 in

den schon durch die Eingangsspannung Ue aufgeladenen Konden- sator C2 gepumpt. Die Ausgangsspannung Ua würde dabei nahezu den Betrag der doppelten Eingangsspannung Ue erreichen, wenn sie nicht um die Schwellspannungen der beiden Dioden Dl und D2 verringert werden würde.

Eine Invertierung der Eingangsspannung Ue erhält man durch das Verlegen der beiden Dioden D1 und D2 in die Rückleitung.

Dabei zeigen ihre Kathoden auf die Source-Elektrode des n- Kanal-Transistors T2, und der Knoten zwischen den Dioden D1 und D2 bleibt mit dem Pumpkondensator Cl verbunden. Der Be- trag der Ausgangsspannung Ua entspricht in diesem Fall der um die beiden Dioden-Schwellspannungen verringerten Eingangs- spannung Ue.

In Fig. 2 ist eine Schaltungstopologie einer als Gleichspan- nungswandler verwendeten aktiven Leistungsfaktorkorrektur- schaltung nach dem Stand der Technik, bestehend aus einem Netzgleichrichter GL, einer mit diesem verbundenen, als Ober- wellenfilter wirkenden Speicherdrossel L, einem über einen PFC-Treiber in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (engl. :"Application-Specific Integrated Circuit", ASIC) gesteuerten Leistungsschalter S, einer Diode D sowie einem ausgangsseitigen Ladekondensator C, dargestellt. Die PFC-Schaltung liefert an ihrem Ausgangstor eine definierte Gleichspannung Ua, deren Betrag größer ist als der betragsmä- ßige Spitzenwert der momentanen Wechselspannung Ue am Ein- gangstor der Schaltung. Nach Anlegen der Steuerspannung Ut an den elektronisch steuerbaren Leistungsschalter S schaltet dieser durch und bewirkt somit ein Aufladen der Speicherdros- sel L über den vom Netzgleichrichter GL gelieferten pulsie- renden Gleichstrom, bevor die Speicherdrossel L nach dem durch den PFC-Treiber initiierten Sperren des Leistungsschal- ters S erneut über die Diode D und den Ladekondensator C ent- laden wird. Obwohl die Schaltung den gesetzlichen Anforderun-

gen an die maximal zulässigen Grenzwerte von Oberwellen ge- nügt, ist die in Fig. 2 vorgestellte Realisierung dieser PFC- Schaltung infolge des verhältnismäßig großen Platzbedarfs der Drosselspule L nicht empfehlenswert.

Zur Erhöhung des Leistungsfaktors A werden heute im Bereich elektronischer Lampenvorschaltgeräte für Niederdruck- Gasentladungslampen in zunehmendem Maße sogenannte Leistung- faktor-Korrekturschaltungen (engl. : "Power Factor Correction Circuits", kurz : PFC-Schaltungen) eingesetzt, die eine nähe- rungsweise sinusförmige Stromaufnahme gleicher Phasenlage nach dem IEC-Standard 1000-3-2 zum Betrieb der Schaltung ge- währleisten, indem sie die Impedanz im Bereich der Netzfre- quenz derart anpassen, dass eine Ohm'sche Last simuliert wird.

Um den Grundgedanken des erfindungsgemäßen Schaltungsprinzips zu verstehen soll nunmehr auf die zentralen Aspekte konven- tioneller Schaltungstopologien zur Verbesserung des Lei- stungsfaktors A eingegangen werden.

Im Gegensatz zu passiven Leistungskorrekturschaltungen, bei denen üblicherweise ein im Netzteil integrierter Transforma- tor eingesetzt wird, der wie ein Tiefpassfilter wirkt und kurzzeitig hohe Stromimpulse im Eingangsbereich unterdrückt, handelt es sich bei einer Schaltung, die nach dem Prinzip der aktiven Leistungsfaktorkorrektur arbeitet, um eine im Netz- teil integrierte elektronische Schaltung mit aktiven Schalte- lementen, die kurzzeitig hohe Stromimpulse im Eingangsbereich unterdrückt. Derartige aktive PFC-Schaltungen stellen eine im Vergleich zu herkömmlichen passiven PFC-Schaltungen zwar ef- fizientere, aber wesentlich teurere Variante zur Filterung von Oberschwingungsanteilen dar.

In der Offenlegungsschrift DE 196 34 850 Al wird ein Elektro- nisches Vorschaltgerät (EVG) für Gasentladungslampen offen- bart, das einen an eine Versorgungsspannungsquelle anschließ- baren Vollbrücken-bzw. Mehrweggleichrichter, eine mit dem Gleichrichter verbundene Serienschaltung zweier als Steuer- bzw. Rücklaufkondensator wirkender Kapazitäten, eine damit verbundene Serienschaltung zweier steuerbarer Leistungsschal- ter, die wechselweise schaltbar sind, sowie einen an dem Mit- tenabgriff zwischen den beiden Leistungsschaltern angeschlos- senen Lastkreis mit einem Serienresonanzkreis, bestehend aus einer Resonanzinduktivität, einer Resonanzkapazität sowie ei- ner daran als Lastimpedanz angeschlossenen Gasentladungslam- pe, aufweist. Darüber hinaus ist ein Transformator vorgese- hen, dessen Primärwicklung mit dem Mittenabgriff zwischen Steuer-und Rücklaufkondensator und dessen Sekundärwicklung mit dem Resonanzkondensator verbunden ist. Parallel zur Seri- enschaltung der beiden Leistungsschalter ist ein Glättungs- kondensator geschaltet. Zwischen den Gleichrichter und den Rücklaufkondensator kann vorzugsweise eine Drosselspule zur Strombegrenzung geschaltet sein. Außerdem ist zum Betrieb der Schaltung eine Diode erforderlich, deren Anode an die obere Platte des Rücklaufkondensators und deren Kathode an die obe- re Anschlussklemme des ersten (im Bild oberen) Leistungs- schalters angeschlossen ist. Der Steuerkondensator erfüllt dabei zwei Funktionen : Zum einen bestimmt seine Kapazität (neben den Kapazitätswerten der anderen Kondensatoren) zusam- men mit der Resonanzinduktivität die Resonanzfrequenz des Se- rienresonanzkreises ; zum anderen wirkt er zusammen mit dem Gleichrichter, dem Rücklaufkondensator und der Drosselspule als Oberwellenfilter, das die Oberwellenrückstrahlung in das Stromversorgungsnetz möglichst gering halten soll. Durch eine geeignete Dimensionierung der Kapazität des Steuerkondensa- tors kann der am Mittenabgriff zwischen Steuer-und Rücklauf- kondensator eingespeiste Strom, mit dessen Hilfe der Ar- beitspunkt der Schaltungsanordnung verschoben werden kann,

beim Zünden oder Vorheizen der Gasentladungslampe möglichst niedrig gehalten werden.

Allgemein ist der sogenannte Lastabwurf ein Problem bekannter EVG-Pumpschaltungen mit Mittenpunktabgriff. Dies bedeutet, das derartige Schaltungen auch dann Energie in den Zwischen- kreis"pumpen", wenn bspw. aufgrund einer Störung des Last- kreises (Lampe kaputt, Lampe aus der Fassung genommen etc.) dieser keine Leistung mehr aufnimmt.

AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik, widmet sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, eine Pumpschal- tung vorzuschlagen, bei der für den Fall einer Störung des Lastkreises keine Energie mehr in den Zwischenkreis gepumpt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der un- abhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungs- beispiele, die den Gedanken der Erfindung weiterbilden, sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG Die Erfindung sieht zur Lösung der Aufgabe ein Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe vor, das aufweist : - einen Netzgleichrichter, - einen Wechselrichter, - einen Serienresonanzkreis, bestehend aus der Serienschal- tung einer Resonanzkapazität und einer Resonanzinduktivi- tät, und - ein Oberwellenfilter, das eine Reihenschaltung zweier Gleichrichterdioden, die in Vorwärtsrichtung an dem Netz-

gleichrichter angeschlossen sind, und einen Pumpkondensator aufweist, der mit dem Mittenabgriff der beiden Gleichrich- terdioden verbunden ist. Der Pumpkondensator kann dabei bspw. durch einen Übertrager induktiv mit dem durch die Lampe fließenden Strom gespeist werden, um somit eine gal- vanisch getrennte, (allein) vom Lampenstrom abhängige Pump- energieversorgung zu schaffen.

Die beiden Gleichrichterdioden des Oberwellenfilters können dabei gleichzeitig Teil des Netzgleichrichters sein.

Weiterhin ist gemäss der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb wenigstens einer Gasentladungslampe (LA1) vorgesehen, bei dem die Energie für den Pumpkondensator abhängig von dem über den durch die Lampe fließenden Strom bereitgestellt wird, so dass die Pumpschaltung bei Ausfall des Lampenstroms automatisch abgeschaltet wird. Dies kann bspw. mittels einer induktiven Kopplung erfolgen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, die Konzepte einer aktiven und einer passiven Lei- stungsfaktorkorrektur miteinander zu verbinden. In diesem Zu- sammenhang wird eine Schaltungsanordnung vorgestellt, die ein Oberwellenfilter gemäß dem Konzept des"Passive Valley Fill" enthält, wobei die Funktion dieses Oberwellenfilters zusätz- lich durch eine Ladungspumpe unterstützt wird. Mit einem ver- hältnismäßig geringen Aufwand kann hierdurch ein besonders hoher Leistungsfaktor erzielt werden, wobei trotzdem die vor- genannten Vorteile gewahrt bleiben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkei- ten der zugrunde liegenden Erfindung resultieren aus den un- tergeordneten abhängigen Patentansprüchen, welche nunmehr,

bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen und anhand einer detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels der zugrunde liegenden Erfindung, erläutert werden sollen.

Fig. la zeigt eine bekannte Ladungspumpe (Charge Pump) Fig. 1b zeigt eine erste technische Ausführungsform der be- kannten Ladungspumpe von Fig. la Fig. lc zeigt eine zweite technische Ausführungsform der bekannten Ladungspumpe von Fig. la Fig. 2 zeigt die Schaltungstopologie einer als Gleichspan- nungswandler verwendeten bekannten aktiven Lei- stungsfaktorkorrekturschaltung, Fig. 3a zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen aktiven Leistungsfaktorkorrekturschaltung, Fig. 3b zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen aktiven Leistungsfaktorkorrekturschaltung mit zwei in Serie geschalteten Niederdruck- Gasentladungslampen im Lastkreis, Fig. 4b zeigt die Schaltungstopologie einer bekannten pas- siven Leistungsfaktorkorrekturschaltung, Fig. 5a zeigt einer dritte Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Leistungsfaktorkorrekturschaltung be- stehend aus einer Kombination aus einer aktiven und einer passiven Leistungsfaktorkorrekturstufe, Fig. 5b zeigt eine erste Variante der in Fig. 5a darge- stellten Schaltung,

Fig. 6a zeigt eine zweite Variante der in Fig. 5a darge- stellten Schaltung, Fig. 6b zeigt eine dritte Variante der in Fig. 5a darge- stellten Schaltung, Fig. 7a zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Leistungsfaktorkorrekturschaltung bestehend aus einer passiven Leistungsfaktorkorrekturschal- tung, die von einer Ladungspumpe unterstützt ist, und Fig. 7b zeigt eine Variante der in Fig. 7a dargestellten Schaltung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Im Folgenden werden die Funktionen der in zwei Ausführungs- beispielen der erfindungsgemäßen aktiven PFC-Schaltung eines Elektronischen Vorschaltgeräts (EVGs) für Niederdruck-Gas- entladungslampen enthaltenen Bauelemente, wie in den Figuren 3a und 3b abgebildet, näher beschrieben.

Die in Fig. 3a abgebildete erste Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen aktiven PFC-Schaltung 300a verfügt über einen als Gleichrichter-Vollbrücke bzw. Mehrweggleichrichter reali- sierten Netzgleichrichter AC/DC zur Gleichrichtung der von einem Stromversorgungsnetz gelieferten Wechselspannung UNetz, einen als Elektrolytkondensator (Elko) realisierten, parallel zum Netzgleichrichter AC/DC geschalteten Speicherkondensator Cl zur Bereitstellung einer gleichgerichteten und geglätteten ersten Zwischenkreisspannung Uc1, ein mit diesem verbundenes Oberwellenfilter OWF bestehend aus einer Serienschaltung zweier in Vorwärtsrichtung des von dem Netzgleichrichter

AC/DC gelieferten pulsierenden Gleichstroms ID angeordneter Gleichrichterdioden D1 und D2 und einem an den Mittenabgriff zwischen diesen beiden Dioden D1, D2 angeschlossenen, als La- dungspumpe wirkenden Pumpkondensator C2.

Die beiden Gleichrichterdioden D1, D2 des Oberwellenfilters OWF können dabei gleichzeitig Teil des Netzgleichrichters AC/DC sein.

Der Pumpkondensator C2 wird gemäss diesem Beispiel über die Sekundärwicklung eines Übertragers Tr2 induktiv mit dem im Lastkreis durch die Lampe LA1 fließenden Lampenstrom ILA ge- speist und dient zur Bereitstellung einer erhöhten zweiten Zwischenkreisspannung Uc3 an einem als Energiespeicher wir- kenden Ladekondensator C3 im Parallelzweig des Oberwellenfil- ters OWF.

Da der Übertrager einerseits durch den Lampenstrom gespeist wird und der Übertrager andererseits die Energie für den Pumpkondensator bereitstellt, wird die Pumpschaltung automa- tisch abgeschaltet, wenn kein Lampenstrom fliesst. Wenn näm- lich der Pumpkondensator C2 nicht mehr mit Energie versorgt wird und infolgedessen die Zwischenkreisspannung absinkt, sperren die beiden Dioden D1, D2 dauerhaft und die Netzspan- nung wird quasi"abgeschaltet".

Die Erfindung betrifft im übrigen alle schaltungstechnischen Ausgestaltungen, die es ermöglichen, dass bei Ausfall des Lampenstroms auch die Pumpschaltung abgeschaltet wird. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung liegt daher bspw. in dem Ersetzen des Übertragers durch einen Leistungschalter ei- ner Pegelversatzstufe, wobei der Leistungschalter bei Ausfall des Lampenstroms automatisch den Pumpkondensator abschaltet.

Allgemein wird also der Lampenstrom zur Versorgung des Pump-

kondensators ausgekoppelt, um den Pumpvorgang von dem Lampen- strom abhängig zu machen.

Weitere alternative Ausführungsformen sind bspw. kapazitive oder piezoelektrische Koppler, die wie der Übertrager den Vorteil der galvanischen Trennung aufweisen.

Beim Einschalten der Netzspannung bei Inbetriebnahme des Ge- räts ist die Pumpschaltung natürlich ausser Betrieb, solange kein Lampenstrom fliesst. Somit kann die Pumpschaltung vor dem Zünden der Lampe ihre Funktion der Glättung der Stroment- nahme nicht ausüben. Dies kann indessen in Kauf genommen wer- den, da die einschlägigen Vorschriften die daraus resultie- rende nicht-sinusförmige Stromaufnahme zeitlich begrenzt bis zum Zünden der Lampe ausdrücklich gestatten.

Das Vorsehen des Übertragers zur Bereitstellung der Energie für den Pumpkondensator hat den weiteren Vorteil, dass durch die Wahl seines Übersetzungsverhältnisses eine weitere Ent- wurfsfreiheit erlangt wird.

Schliesslich kann der Übertrager derart ausgelegt werden, dass die maximale Zwischenkreisspannung durch den Moment be- grenzt wird, in dem der Übertrager in Sättigung gelangt und somit seine Trafofunktion nicht mehr ausüben kann.

Ein weiterer Freiheitsgrad bei der Auslegung des Übertragers ist der Wicklungssinn, von dem es nämlich abhängt, in welcher Phase des Wechselrichters der Pumpvorgangs erfolgt. Der Wick- lungssinn kann somit bewusst zur Verbesserung des Störspek- trums gewählt werden. Bspw. können hochfrequente Störungen am Speicherkondendsator Cl verringert werden, wenn der Wick- lungssinn derart gewählt wird, dass der Pumpvorgang genau in der Phase erfolgt, während der der Wechselrichter Energie vom Zwischenkreis aufnimmt. Da andererseits der Anteil hochfre-

quenter Störspitzen die Lebensdauer dieses (teueren) Spei- cherkondensators Cl massgeblich bestimmt, kann durch die ge- zielte Wahl des Wicklungssinns der Speicherkondenstor Cl ge- schont werden.

Das erfindungsgemäße elektronische Lampenvorschaltgerät weist weiterhin wie bekannt einen Wechselrichter DC/AC zur Erzeu- gung des zum Betrieb der Lampe LA1 erforderlichen hoch- frequenten Lampenstroms ILA auf, bestehend aus zwei in einer Halbbrückenschaltung in Serie geschalteten Leistungstransi- storen T1 und T2, die von einer Steuereinheit durch Anlegen der Steuerspannungen UG1 bzw. UG2 an ihre Gate-Elektroden ge- steuert werden, einem mit dem Mittenabgriff der beiden Lei- stungstransistoren Tl und T2 verbundenen Serienresonanzkreis SRK zur Resonanzzündung der Gasentladungslampe LA1, bestehend aus der Serienschaltung einer Resonanzkapazität C5 und einer Resonanzinduktivität L sowie dem damit verbundenen Lastkreis, in dem die Primärwicklung eines Übertragers Tr2, der als Rückkopplungsglied zwischen Lastkreis und Ladungspumpe fun- giert und zur Versorgung des Pumpkondensators C2 mit dem hochfrequenten Lampenstrom ILA dient, ein Koppelkondensator C4 zur Filterung von Gleichstromanteilen des Lampenstroms ILA und die Niederdruck-Gasentladungslampe LA1 in Serie geschal- tet sind.

Als Funkentstörfilter zur Filterung hochfrequenter Störspit- zen dient ein dem Netzgleichrichter vorangeschalteter Tief- pass TP, bestehend aus zwei netzparallelen Siebkondensatoren CF1 und CF2 und einem Transformator Trl zur Glättung der Netzspannung UNetz- Die in Fig. 3b gezeigte zweite Ausführungsform 300b des er- findungsgemäßen elektronischen Lampenvorschaltgeräts weist dieselbe Schaltungstopologie auf, ist aber für den Betrieb zweier in Serie geschalteter Niederdruck-Gasentladungslampen

LA1, LA2, mit einem Leistungsverbrauch von bspw. je 50 W aus- gelegt.

Die Serienschaltung der beiden Lampen wird dabei dadurch er- möglicht, dass der Spannungsabfall an dem Übertrager geringer ist als der an der Spannungsquelle für den Pumpkondensator bekannter Schaltungen, wodurch die verbleibende Spannung für den Betrieb zweier in Serie geschalteter Lampen ausreicht.

Im übrigen können bei der Verwendung eines Übertragers gemäss der vorliegenden Erfindung auch mehrflammige Lampen betrieben werden, indem jede Lampe mit einer Primärspule in Serie ge- schaltet ist, die induktiv mit einer gemeinsamen Sekundärspu- le der Pumpschaltung gekoppelt sind.

Bei den beiden Versionen der in den Figuren 3a und 3b abge- bildeten aktiven PFC-Schaltungen ist das Prinzip einer kon- ventionellen Ladungspumpe verwirklicht. Wie die in der euro- päischen Patentschrift EP 0 253 224 B1 offenbarte Schaltungs- anordnung weisen auch die in den Figuren 3a und 3b gezeigten PFC-Schaltungen einen als einstufige Ladungspumpe dienenden Pumpkondensator C2 auf. Während einer ersten Halbwelle des Wechselrichters wird dieser Pumpkondensator C2 über die Gleichrichterdiode Dl und die Sekundärwicklung des Übertra- gers Tr2 auf den Wert der am Speicherkondensator Cl abfallen- den ersten Zwischenkreisspannung UC1 aufgeladen. Gleichzeitig wird auch der Ladekondensator C3 über die Gleichrichterdioden D1 und D2 auf den Wert der am Speicherkondensator Cl abfal- lenden ersten Zwischenkreisspannung Ccl aufgeladen. Während einer weiteren Halbwelle des Wechselrichters wird der Pump- kondensator C2 über die Sekundärwicklung des Transformators Tr2, die Gleichrichterdiode D2 und den Ladekondensator C3, der inzwischen bereits auf die erste Zwischenkreisspannung Ucl aufgeladen ist, entladen, d. h. ein Teil der in C2 gespei- cherten Ladung wird über die Gleichrichterdiode D2 in den La-

dekondensator C3 gepumpt, wodurch der Betrag der an C3 abfal- lenden zweiten Zwischenkreisspannung Uc3 nahezu (d. h. abzüg- lich der Schwellspannungen der beiden Gleichrichterdioden D1 und D2) auf den doppelten Wert der Zwischenkreisspannung Ucs erhöht wird. Der Maximalwert der an dem Ladekondensator C3 abfallenden zweiten Zwischenkreisspannung Uc3 (der Versor- gungsspannung des Wechselrichters DC/AC) wird dabei durch den Sättigungsstrom festgelegt, der durch die den Pumpkondensator C2 speisenden Primärwicklung des Lastkreis-Übertragers Tr2 fließt und für eine Glättung von Uc3 sorgt. Die beiden Gleichrichterdioden D1 und D2 bewirken hierbei, dass sich die beiden Kondensatoren C2 und C3 während der zweiten Halbwellen des Wechselrichters nicht wieder über den Speicherkondensator Cl und die Primärwicklung des Übertragers Tr2 entladen kön- nen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäß erweiterten AVF-Verfahrens kön- nen die nach dem TEC-Standard 1000-3-2 in Bezug auf Netzober- wellen vorgeschriebenen Grenzwerte ohne Zuhilfenahme eines in Serie zu den Niederdruck-Gasentladungslampen (LA1, LA2) ge- schalteten, als Drosselspule zur Begrenzung des Lampenstroms (ira) wirkenden induktiven Blindwiderstands eingehalten wer- den, so dass ein störungsfreier, sicherer Betrieb der Nieder- druck-Gasentladungslampen (LA1, LA2) gewährleistet ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen AVF-Lösungen kommt es bei einem Ausfall einer der Lampen LA1 bzw. LA2 nicht zu einem unzuläs- sigen Anstieg der Zwischenkreisspannung Uc3 da der Pumpkon- densator C2 in diesem Falle nicht durch den über die Primär- wicklung des Lastkreis-Übertragers Tr2 ausgekoppelten Lampen- strom Ira mit Energie versorgt wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Pumpschaltungen 300a+b liegen somit in einer größeren Netzfreundlichkeit durch si- gnifikante Reduzierung der Oberwellen sowie einer Erhöhung des Leistungsfaktors

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung bestehen in der begrenzten Leistungsverstärkung bei Betrieb im Bereich der Sättigung des Transformators Tr2, den geringen Abmessun- gen dieses Transformators bei Betrieb mit geringen Leistungen und der Möglichkeit einer kostengünstigen, einfachen Reali- sierung der Schaltung ohne Verwendung zusätzlicher Komponen- ten zur Regelung des durch die Lampen fließenden Stroms ILA und den an ihnen abfallenden Spannungen ULA1 bzw. ULA2. Das Sättigungsverhalten des Transformators Tr2 kann. also im Sinne eines automatischen Schutzmechanismus ausgenützt werden.

Nachfolgend soll nunmehr eine Erweiterung des erfindungsgemä- ßen Konzepts vorgestellt werden. Diese Weiterbildung beruht auf einer Kombination der bisher besprochenen aktiven Lei- stungsfaktorkorrektur über eine Ladungspumpe mit einer auf dem Prinzip des sog. "Passive Valley Fill" (PVF) beruhenden passiven Leistungsfaktorkorrekturschaltung. Bei dieser PVF- Schaltung handelt es sich um eine kostengünstig zu realisie- rende Möglichkeit, die ebenfalls zur Erhöhung des Leistungs- faktors A (bspw. auf Werte von mehr als 95 %) vorgesehen ist und deren allgemeines Prinzip zunächst anhand von Fig. 4 er- läutert werden soll.

In dieser Schaltung werden zwei Ladekondensatoren C11 und C12 eines Oberwellenfilters OWF im Bereich des Netzspannungsmaxi- mums über die Serienschaltung der Gleichrichterdiode D12 und des Vorwiderstands R im Brückenzweig des Oberwellenfilters OWF seriell aufgeladen, und zwar-unter der Annahme, dass die Kapazitäten der Kondensatoren C11 und C12 den gleichen Wert aufweisen-jeweils auf die Hälfte des Spitzenwerts- der Eingangsspannung UNetz-abzüglich der Schwellspannungen der beiden Gleichrichterdioden des Netzgleichrichters AC/DC sowie der Schwellenspannung der Diode D12. Der Brückenwider- stand R sorgt in diesem Zusammenhang für eine Begrenzung von

Störspitzen des im Brückenzweig des Oberwellenfilters OWF fließenden Ladestroms IBr während der Ladephase der beiden Ladekondensatoren C11 und C12.

Im Bereich des Nulldurchgangs der Netzspannung (Netzspannungsminimum) werden die beiden Ladekondensatoren C11 und C12 über die Gleichrichterdioden D11 bzw. D13 paral- lel entladen und liefern dabei solange einen lastabhängigen Ausgangsstrom Ira, bis die gleichgerichtete Spannung am Aus- gangstor des Netzgleichrichters AC/DC im Verlauf der nächsten Ladephase der Kondensatoren Cl1 und C12 wieder auf die Hälfte des Spitzenwerts ÛNetz der Eingangsspannung UNetz angestiegen ist. Die Dauer der Entladephase der beiden Kondensatoren Cl1 und C12 beträgt dabei näherungsweise 37 % der Dauer eines vollständigen Lade-/Entladezyklus, gefolgt von einer Leer- laufphase, während der die durch die Lastimpedanz ZX model- lierte Gasentladungslampe LA am Ausgangstor der Schaltung mit dem gleichgerichteten und geglätteten Strom Ja gespeist wird.

Bei Erreichen des Spitzenwerts Netz der Eingangsspannüng Netz beginnt wiederum eine neue Ladephase. Die Größe und Dauer des einsetzenden Ladestroms IBr ist dabei eine Funktion der wäh- rend der Entladephase von den Kondensatoren C11 und C12 frei- gesetzten Gesamtladung Qges und der Größe des Brückenwider- stands R im Ladekreis.

Das LC-Tiefpassfilter TPF im Eingangskreis, bestehend aus ei- nem netzparallelen Siebkondensator CF und einer Drosselspule LF, dient zur Filterung von hochfrequenten Anteilen des Netz- stroms. Darüber hinaus bewirkt es eine Glättung des Ein- gangsstroms INetz.

Fig. 5a zeigt nunmehr eine erste erfindungsgemäße Schaltungs- variante 500a, bei der das in Fig. 4 dargestellte Konzept des "Passive Valley Fill"durch eine aktive Leistungsfaktorkor- rektur mit Hilfe einer Ladungspumpe ergänzt wurde. Elemente

dieser Schaltung, die identisch zu den Elementen der in den Figuren 3a und b dargestellten Schaltungen sind, wurden dabei mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

Diese erweiterte Schaltung weist somit zunächst wiederum ei- nen als Gleichrichter-Vollbrücke realisierten Netzgleichrich- ter AC/DC zur Gleichrichtung der von dem Stromversorgungsnetz gelieferten Wechselspannung Netz, einen Wechselrichter DC/AC zur Erzeugung des zum Betrieb der Lampe LA1 erforderlichen hochfrequenten Lampenstroms, einen mit dem Ausgang des Wech- selrichters DC/AC verbundenen Serienresonanzkreis zur Reso- nanzzündung der Gasentladungslampe LA1, bestehend aus der Se- rienschaltung der Resonanzkapazität C5 und der Resonanzinduk- tivität L, sowie den damit verbundenen Lastkreis auf, in dem die Primärwicklung N1 des Übertragers Tr2, der Koppelkonden- sator C4 und die Niederdruck-Gasentladungslampe LA1 in Serie geschaltet sind.

Zwischen dem Gleichrichter AC/DC und dem Wechselrichter DC/AC ist nun allerdings eine passive Leistungsfaktorkorrekturstufe PVF angeordnet, die-ebenso wie die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung-zwei Ladekondensatoren C6 und C7 auf- weist, die über vier Gleichrichterdioden D1 bis D4 derart miteinander verschaltet sind, dass sie in Serie aufgeladen und parallel in Richtung des Wechselrichters DC/AC entladen werden können.

Die Zusammenführung der beiden Konzepte der aktiven und der passiven Leistungsfaktorkorrektur erfolgt nun dadurch, dass der Brückenzweig der PVF-Stufe durch zwei in Serie geschalte- te Dioden D1 und D2 gebildet wird, an deren Mittenabgriff ein Pumpkondensator C2 angeschlossen ist, der seinem anderen An- schluß wiederum mit der Sekundärwicklung N2 des Übertragers Tr2 und ferner mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei Filter- kondensatoren CF1 und CF2 verbunden, die ihrerseits gemeinsam

mit einer Drosselspule LF ein LC-Tiefpassfilter zur Filterung von hochfrequenten Anteilen des Netzstroms Unetz bilden.

Die beiden Ladekondensatoren C6 und C7 der PVF-Stufe arbeiten in gewohnter Weise, d. h., sie werden wie bei der bekannten Schaltungsanordnung in Fig. 4 in Serie aufgeladen und paral- lel in Richtung des Wechselrichters DC/AC entladen, wobei die Lade-und Entladevorgänge nunmehr durch die Ladungspumpe un- terstützt werden. Die beiden Filterkondensatoren CF1 und CF2 fungieren hierbei ebenfalls als Pumpkondensatoren, die über die gesamte Dauer einer Netzhalbwelle hinweg einen Netzstrom ziehen und je nach Höhe der Netzspannung Unetz ihre Ladung entweder nur dem Ausgangskreis, also dem Wechselrichter DC/AC mit dem daran angeschlossenen Lastkreis oder sowohl dem Aus- gangskreis als auch der PVF-Stufe zuführen.

Liegt beispielsweise eine niedrige Netzspannung Unetz vor, die unterhalb der an den Kondensatoren C6 und C7 anliegenden Spannung liegt, so erfolgt eine Stromaufnahme durch die bei- den Kondensatoren CF1 und CF2, wobei der Strom allerdings le- diglich unmittelbar in den Ausgangskreis fließt, nicht jedoch in PVF-Stufe. In diesem Zeitraum werden somit die beiden La- dekondensatoren C6 und C7 nicht aufgeladen sondern speisen statt dessen ebenfalls durch eine parallele Entladung den Ausgangskreis.

Liegt hingegen eine hohe Netzspannung Unetz vor, die oberhalb der an den Kondensatoren C6 und C7 anliegenden Spannung liegt, so erfolgt wiederum eine Speisung des Ausgangskreises durch das Netz, gleichzeitig werden allerdings auch die bei- den Kondensatoren C6 und C7 durch einen gleichmäßigen, der Netzspannung Unetz folgenden Ladestrom aufgeladen. Das Nachla- den dieser beiden Kondensatoren wird dabei durch den mit der Sekundärwicklung N2 des Übertragers Tr2 verbundenen Pumkon- densator C2 unterstützt, wobei durch diese Rückkopplung in

Verbindung mit der Wirkungsweise der"Passive Valley Fill"- Schaltung ein besonders guter Leistungsfaktor A erzielt wird.

Durch die Verbindung der erfindungsgemäßen, durch den Lampen- strom gesteuerten Ladungspumpe mit dem Konzept der passiven Leistungsfaktorkorrektur wird somit eine Schaltungsanordnung erhalten, die sich durch eine besonders hohe Netzfreundlich- keit sowie eine signifikante Reduzierung der Oberwellen aus- zeichnet. Bemerkenswert hierbei ist auch, dass die gesamte Schaltungsanordnung durch verhältnismäßig wenig Bauteile rea- lisiert werden kann und somit sehr kostengünstig ist.

Nachfolgend sollen nunmehr einige Varianten des in Fig. 5a dargestellten Konzepts einer kombinierten aktiv-passiven Lei- stungsfaktorkorrektur beschrieben werden.

Fig. 5b zeigt eine erste Variante 500b, bei der die Einkopp- lung zur Stromaufnahme während einer Phase niedriger Netz- spannung Unetz nicht über zwei vor dem Gleichrichter AC/DC an- geordnete Filterkondensatoren sondern statt dessen über einen einzigen, an den Ausgang des Gleichrichters AC/DC angeschlos- senen und mit dem Pumpkondensator C2 verbunden Kondensator C8 erfolgt. Zwar kann in diesem Fall ein Kondensator eingespart werden, dieser Vorteil wird allerdings wieder zumindest teil- weise dadurch wettgemacht, dass nunmehr eine zusätzliche schnelle Diode D5 vor der PVF-Stufe erforderlich ist, um die korrekte Funktion des Einkopplungskondensators C8 sicherzu- stellen. Hinsichtlich der Funktionsweise dieser Variante kann auf die Ausführungen zu Fig. 5a verwiesen werden, wobei die Funktion der beiden Filterkondensatoren nunmehr von dem Ein- kopplungskondensators C8 übernommen wird.

Fig. 6a zeigt eine weitere Variante 600a der Schaltung von Fig. 5a, in der auf den separaten Pumpkondensator C2 verzich- tet wurde. Statt dessen ist Block-Kondensator C9 vorgesehen,

der mit seinem einen Anschluß mit der Sekundärwicklung N2 des Übertragers Tr2 und mit seinem anderen Anschluß sowohl mit dem Mittenabgriff der beiden Dioden D1 und D1 als auch mit dem Mittenabgriff der beiden Filterkondensatoren CF1 und CF2 verbunden ist.

Hinsichtlich ihrer Funktionsweise ist diese Schaltungsvarian- te wiederum sehr ähnlich zu der Schaltung in Fig. 5a, d. h., die beiden Filterkondensatoren CF1 und CF2 ziehen über die ge- samte Netzhalbwelle hinweg einen Strom und speisen bei nied- riger Netzspannung Unetz den Ausgangskreis, bei hoher Netz- spannung Unetz darüber hinaus auch die Kondensatoren C6 und C7 der PVF-Stufe. Der Kondensator C9 dient dabei lediglich wäh- rend der Phase niedriger Netzspannung als Block-Kondensator, während hoher Netzspannung wirkt er hinsichtlich der Konden- storen C6 und C7 auch als Pumpkondensator. Ist nämlich die Eingangsspannung höher als die an dem Kondensator C6 anlie- gende Spannung abzüglich der Pumpspannung, so kann Ladung in den Kondensator C9 fließen und die Speicherkondensatoren C6 und C7 werden nachgeladen. Die Kapazität des Kondensators C9 muß dabei größer als die Kapazitäten der beiden Filterkonden- satoren CF1 und CF2 sein, damit während der Phase hoher Netz- spannung neben der Ladung dieser beiden Filterkondensatoren CF1 und CF2-die ebenfalls in den Kondensator C9 fließt- noch eine Umladung von dem Kondensator C9 über die beiden Kondenstoren C6 und C7 erfolgen kann.

Auch diese Schaltungsvariante kann-wie in Fig. 6b darge- stellt ist-dahingehend abgewandelt werden, dass die Ein- kopplung anstelle mit Hilfe der beiden Filterkondensatoren Cpi und CE2 durch einen einzelnen, dem Gleichrichter AC/DC nachgeschalteten Kondensator C8 erfolgt, wobei dann wiederum die Anordnung einer zusätzlichen Diode D5 erforderlich ist.

Darüber hinaus kann in beiden Schaltungen der Fig. 6a und 6b

ein ergänzender Kondensator Cl0 vorgesehen sein, der zusätz- lich zur Entstörung beiträgt und als HF-Filter zu sehen ist.

Eine andere Möglichkeit der Kombination von aktiver und pas- siver Leistungsfaktorkorrektur ist in Fig. 7a dargestellt.

Bei dieser Variante 700a ist zwischen dem Gleichrichter AC/DC und dem Wechselrichter DC/AC eine klassische"Passive Valley Fill"-Schaltung angeordnet, wobei die Sekundärspule N2 des Übertragers unmittelbar mit dem Mittenabgriff der beiden Fil- terkondensatoren CF1 und CF2 verbunden ist.

Die Funktion der Ladungspumpe besteht in diesem Fall ledig- lich darin, einen geringen Strom zu ziehen, der aufgrund des dadurch während des Nulldurchganges der Netzspannung net fließenden Stromes eine Einhaltung der Harmonischen gemäß der einschlägigen Norm zuläßt. Die Funktionsweise der PVF-Stufe wird durch die Pumpfunktion hingegen nicht weiter beeinflußt.

Die beiden Speicherkondensatoren C6 und C7 der PVF-Stufe kön- nen verhältnismäßig klein gewählt werden, da aufgrund der Stromaufnahme während des Nulldurchgangs der Netzspannung der Eingangsstrom innerhalb vorgeschriebene Grenzen liegt. Nach- teilig im Vergleich zu den Schaltungsanordnungen der Figuren 5a bis 6b ist jedoch, dass-wie bei einer klassischen PVF- Schaltung-verhältnismäßig starke Schwankungen der Busspan- nung, d. h., der an den Speicherkondensatoren C6 und C7 abfal- lenden Spannung vorliegen.

Wie bei den Schaltungen zuvor besteht auch bei dieser Varian- te die Möglichkeit, die Einkopplung der Ladungspumpe erst nach dem Gleichrichter AC/DC mit Hilfe eines einzigen Konden- sators C2 vorzunehmen, wobei in diesem Fall allerdings wie- derum eine Diode D5 vor der PVF-Stufe angeordnet werden muß.

Die entsprechend abgewandelte Schaltung 700b ist in Fig. 7b dargestellt.

Anzumerken ist, dass auch bei den Schaltungsanordnungen der Figuren 5a bis 7b die Vorteile der Schaltungen der Fig. 3a und 3b gewahrt bleiben. Auch bei diesen Schaltungen hängt so- mit die Leistungsübertragung der Ladungspumpe unmittelbar und ausschließlich von dem Lampenstrom ab, so dass bei einem Aus- fall der Lampe bzw. Lampen automatisch auch die Funktion der Ladungspumpe stoppt. Darüber hinaus erlaubt die Kopplung des die Lampe und den Übertrager beinhaltenden Kreises gegen Mas- se eine einfache Ermittlung der Lampenkenngrößen (Strom und Spannung), die bei anderen Schaltungen nicht gegeben ist.

Insgesamt gesehen offenbart somit die vorliegende Erfindung eine Schaltung zum Betreiben einer Last, insbesondere einer Gasentladungslampe, die sich durch ihre extrem hohe Netz- freundlichkeit auszeichnet. Dabei kann ein besonders hoher Leistungsfaktor insbesondere dadurch erzielt werden, dass die Konzepte einer aktiven und einer passiven Leistungsfaktorkor- rektur miteinander verbunden werden.