DE102007013742A1

DE102007013742A1 - Betriebsgerät und Verfahren für den kombinierten Betrieb von Gasentladungslampen und Halbleiterlichtquellen

Info

Publication number: DE102007013742A1
Application number: DE102007013742A
Authority: DE
Inventors: Andreas Huber; Thomas Mudra
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02
Also published as: ATE522120T1; CN101622908A; EP2138012A1; WO2008113658A1; TWI446837B; TW200904257A; EP2138012B8; JP2010521790A; KR20090125835A; US20100084982A1; CN101622908B; US8502458B2; EP2138012B1; JP5200036B2

Abstract

Dimmbares Betriebsgerät für den kombinierten Betrieb von Gasentladungslampen und Halbleiterlichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Dimmbereich nur die Halbleiterlichtquellen betrieben werden und im oberen Dimmbereich nur die Gasentladungslampen betrieben werden und in den Übernahmepunkten, in denen die eine Sorte der Lichtquellen aus-tquellen gleichzeitig mit einem Leistungssprung beaufschlagt wird, so dass das menschliche Auge den Übernahmepunkt nicht oder nur schwer erkennen kann.

Description

Betriebsgerät und Verfahren für den kombinierten Betrieb von Gasentladungslampen und Halbleiterlichtquellen.
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der dimmbaren Betriebsgeräte für Lichtquellen, spezifisch auf dimmbare Betriebsgeräte für Gasentladungslampen und Halbleiterlichtquellen.
Stand der Technik
Bisher wurde bei Leuchten, die neben den seit längeren verwendeten Gasentladunslampen auch Halbleiterlichtquellen wie Leuchtdioden einsetzen, jede Lichtquelle für sich angesehen. Bei dimmbaren Leuchten ist jede Lichtquelle für sich dimmbar, jedoch werden beide Lichtquellen nicht als Einheit angesehen.
Aus der US 7 052 157 B1 ist eine Leuchte bekannt, bei der neben Kompaktleuchtstofflampen auch LEDs zum Einsatz kommen. Die Lichtquellen können unabhängig voneinander gedimmt werden. Ein gemeinsamer Dimmmechanismus, bei dem beide Arten von Lichtquellen zum Einsatz kommen ist in diesem Stand der Technik nicht beschrieben.
Leuchtstofflampen können zwar mit entsprechenden technischen Aufwand bis auf 1% des Nennlichtes gedimmt werden, jedoch sinkt der Wirkungsgrad bei diesen niedrigen Dimmstellungen erheblich. Auch kann sich der Farbort des abgegebenen Lichtes Verändern, da bei sehr niedrigen Leistungen die Lampe stark abkühlt und der Argonentladung gegenüber der Quecksilberentladung mehr Gewicht verleiht.
Es ist daher wünschenswert, für sehr niedrige Dimmstellungen eine besser dimmbare Lichtquelle wie z. B. eine Halbleiterlichtquelle vorzusehen. Um die Komplexität der Ansteuerung der beiden Lichtquellen niedrig zu halten, ist es sinnvoll, beide Lichtquellen mit einem Betriebsgerät zu betreiben.
Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hybrid-Betriebsgerät zu schaffen, dass eine gemeinsame Dimmsteuerung für beide Lichtquellen beinhaltet, mittels der das von den Leuchtmitteln des Betriebsgerätes abgegebene Licht von einer Nennlichtstärke bis auf 1‰ oder weniger heruntergedimmt werden kann.
Darstellung der Erfindung
Das Betriebsgerät enthält hierzu Schaltungen, die beide Leuchtmittel gedimmt betreiben können. Für die Dimmsteuerung ist ein Eingang vorhanden, der eine Schnittstelle zu einem analogen oder digitalen Lichtsteuerbus darstellen kann. Als analoger Bus wird üblicherweise ein 1–10 V-Bus verwendet, als digitale Schnittstelle kommt meistens das DALI-Protokoll zur Verwendung. Die digitale Schnittstelle kennt auch Lichtsteuerbefehle und Lichtszenarien, die im Betriebsgerät abgespeichert werden. Wird ein Signal in diesen Eingang eingegeben, so steuert das Betriebsgerät die Lichtabgabe beider Lichtquellen entsprechend dem eingegebenen Dimmlevel.
Dabei wird je nach Dimmlevel das eine oder das andere Leuchtmittel verwendet, und eine interne Steuerung sorgt dafür, dass der Übergang von einem zum anderen Leuchtmittel dem menschlichen Auge verborgen bleibt. Für einen gewissen Dimmbereich werden beide Leuchtmittel verwendet, um einen sehr sanften Übergang realisieren zu können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybrid-Systems.
2 Grafik, die den Übergang von den Halbleiterlichtquellen auf die Gasentladungslampen verdeutlicht.
3 Grafik, die ein weiteres Übernahmekriterium verdeutlicht: Den spezifischen Wirkungsgrad der Lichtquellen.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein schematisches Anschlussschema eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes. Das Gerät besitzt Ausgänge für Gasentladungslampen und für Halbleiterlichtquellen. Die Gasentladungslampen sind vorzugsweise Kompaktleuchtstofflampen, und die Halbleiterlichtquellen können z. B. weiß leuchtende LEDs sein. Es können natürlich auch nur eine Gasentladungslampe und eine Halbleiterlichtquelle oder eine Gasentladungslampe und mehrere Halbleiterlichtquellen verwendet werden. Zusätzlich zum Netzspannungseingang gibt es einen Eingang für eine Lichtsteuerschnittstelle. Diese kann eine digitale oder eine analoge Schnittstelle sein. Es ist aber auch möglich, die Schnittstelle auf das eine oder andere Licht steuerprotokoll zu programmieren. Dies hat den Vorteil einer weitestmöglichen Verwendbarkeit des Betriebsgerätes.
Die beiden verschiedenen Lichtquellen sollten in der Leuchte so platziert werden, dass die Lichtverteilung beider Leuchtmittel ähnlich ist. Nur so kann die Leuchte ohne sichtbare optische Abweichungen in einem weiten Bereich gedimmt werden.
2 zeigt ein Diagramm, dass die prinzipielle Vorgehensweise beim Übergang von den LEDs auf die Gasentladungslampen verdeutlicht. Es ist die Dimmstellung eines Lichtsteuersignals über die Gesamthelligkeit angegeben. Beide vom Gerät betriebenen Lichtquellenarten werden über ein Lichtsteuersignal angesteuert. Die beiden Kurven für die Halbleiterlichtquellen und die Gasentladungslampen verlaufen in großen Bereichen auf dem Lichtsteuersignal, d. h. dass in allen Bereichen außer dem Dimmbereich von 3%–10% jeweils die Lichtabgabe der Halbleiterlichtquellen oder der Gasentladungslampen dem Vorgabewert des Lichtsteuersignals exakt folgen. Am unteren und oberen Ende endet das Lichtsteuersignal, da es keine Korrelation mehr zwischen Signal und Helligkeit gibt. Im Bereich zwischen 3% bis 10% tragen beide Lichtquellenarten zur Systemlichtabgabe bei. Dabei werden die Lichtquellen jeweils so gedimmt, dass die Gesamtlichtstärke dem Vorgabewert des Lichtsteuersignals entspricht.
Die LEDs leuchten im unteren Dimmbereich, z. B. von 1‰ bis 10%. Ab einer Dimmstellung von 3% werden die Gasentladungslampen dazugeschaltet. Zum Zeitpunkt der Lampenzündung wird Zeitgleich die Lichtleistung der LEDs sprunghaft gesenkt, um die Gesamtlichtstärke der Leuchte nicht zu ändern. Um den kurzen Lichtblitz der Gasentladungslampe, den sie beim Zünden abgibt, möglichst gut zu kompensieren, wäre es auch denkbar die LEDs für den Augenblick der Lampenzündung ganz abzuschalten. Im Bereich zwischen 3% und 10% werden beide Leuchtmittel sukzessive in der Lichtleistung hochgefahren. Bei 10% Dimmstellung werden die LEDs abgeschaltet und die Leistung der Gasentladungslampe sprunghaft angehoben, um wiederum die abgegebene Lichtmenge beizubehalten. Ab da wird die Gasentladungslampe bis zu ihrer Nennleistung heraufgedimmt.
Zweite Ausführungsform
Diese Maßnahmen stellen sicher, dass die Übergänge zwischen den Leuchtmittelkategorien vom menschlichen Auge kaum wahrgenommen werden können. Es besteht aber noch ein Problem hinsichtlich des Farborts des abgestrahlten Lichts. Leuchtstofflampen haben zwar einen definierten Farbort bei Nennleistung, dieser kann sich jedoch je nach Dimmzustand ändern. Vor allem bei niedrigen Dimmstellungen kühlt die Lampe ab. Dies hat zur Folge, dass die Quecksilberentladung zurückgeht, da das Quecksilber an kühlen Stellen der Lampe auskondensiert und somit nicht mehr für die Entladung zur Verfügung steht. Damit erhöht sich aber der Anteil der Argonentladung, was zu einem Abwandern des Farborts ins Rote führt.
Daher kann der Übergang zwischen den beiden Leuchtmittelkategorien trotz gleicher Helligkeit sichtbar werden. Dies ist vor allem der Fall, wenn die Leuchte längere Zeit im unteren Dimmbereich betrieben wurde, bei dem die Gasentladungslampe stark gedimmt oder ganz abgeschal tet ist. Dann kühlt die Lampe ab und ändert ihre Farbe oder ist beim Start soweit abgekühlt, dass sie eine etwas andere Farbe als im Nennlichtbetrieb abgibt.
Daher hat das Betriebsgerät in der zweiten Ausführungsform Ausgänge für verschiedenfarbige Leuchtdioden. Bevorzugt gibt es drei Ausgänge für farbig leuchtende Dioden. Diese können dann in roter, grüner und blauer Farbe leuchten, und das Licht aller Halbleiterlichtquellen kann sich so der Lichtfarbe der Gasentladungslampe anpassen.
Dazu kann im Betriebsgerät ein Kennfeld eingespeichert sein, das die Abhängigkeit der Temperatur der Gasentladungslampe über die Dimmstellung, die Zeit und den Farbort beschreibt. Bei niedrigen Dimmstellungen, bei denen die Halbleiterlichtquellen eingeschaltet sind, stellt das Betriebsgerät dann den Farbort der verschiedenfarbig leuchtenden Halbleiterlichtquellen auf den Farbort der Gasentladungslampe ein. Die Halbleiterlichtquellen können natürlich in Gruppen organisiert sein, so dass für jede Farbe auch mehrere Halbleiterlichtquellen vorgesehen sind.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, für die Gesamthelligkeit und den Farbort einen Sensor zu verwenden, und die Lampen so zu steuern, dass die Werte für die Einzelhelligkeiten, für die Gesamthelligkeit und für die beiden Farborte der unterschiedlichen Lichtquellen gemessen und eingeregelt werden können. Dazu müssen die Messungen dann vorgenommen werden, wenn nur das zu messende Leuchtmittel eingeschaltet ist. Dies ist im unteren Dimmbereich relativ einfach, da die Lichtquellen gepulst angesteuert werden und es somit immer Zeitpunkte gibt, in denen nur das zu messende Leuchtmittel leuchtet. Ergibt sich aus der Ansteuerung kein geeigneter Zeitpunkt, so kann die Steuerung des Betriebsgerätes für eine Messung alle nichtzumessenden Leuchtmittel ausschalten. Da dieser Zeitraum sehr kurz ist, kann er vom menschlichem Auge nicht wahrgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7052157 B1 [0004]

Claims

Dimmbares Betriebsgerät (1) für den kombinierten Betrieb von Gasentladungslampen (2) und Halbleiterlichtquellen (3), dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Dimmbereich nur die Halbleiterlichtquellen (3) betrieben werden und im oberen Dimmbereich nur die Gasentladungslampen (2) betrieben werden, und in den Übernahmepunkten, in dem die eine Sorte der Lichtquellen aus bzw. angeschaltet werden, die andere Sorte der Lichtquellen gleichzeitig mit einem Leistungssprung beaufschlagt werden, so dass das menschliche Auge den Übernahmepunkt nicht oder nur schwer wahrnehmen kann.
Dimmbares Betriebsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt, in dem die Wirkungsgrade beider Lichtquellen in etwa gleich groß sind, in dem Dimmbereich liegt, in dem beide Lichtquellen eingeschaltet sind.
Dimmbares Betriebsgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät (1) drei Ausgänge für einfarbig leuchtende Halbleiterlichtquellen besitzt.
Dimmbares Betriebsgerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsgerät (1) ein Kennfeld eingespeichert ist, das die Abhängigkeit der Temperatur der Gasentladungslampen (2) über die Dimmstellung, die Zeit und den Farbort beschreibt, und dass das Betriebsgerät (1) den Farbort der Gasentladungslampen (2) bei Dimmstellungen, bei denen die Halbleiterlichtquellen (3) eingeschaltet sind, über entsprechende An steuerung der drei Gruppen verschiedenfarbig leuchtender Halbleiterlichtquellen (3) einstellt.
Dimmbares Betriebsgerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät (1) den Farbort der Gasentladungslampen (2) bei Dimmstellungen, bei denen die Halbleiterlichtquellen (3) eingeschaltet sind, zu einem Zeitpunkt misst, bei dem gerade keine Halbleiterlichtquellen (3) leuchten, und die Halbleiterlichtquellen (3) auf diesen Farbort einstellt.
Dimmbares Betriebsgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät (1) auch die Helligkeiten der Gasentladungslampen (2) und der Halbleiterlichtquellen (3) sowie den Farbort der Halbleiterlichtquellen (3) zu geeigneten Zeitpunkten misst, und die Halbleiterlichtquellen (3) so einregelt, dass die Helligkeit sowie der Farbort den gewünschten Werten entsprechen.
Dimmbares Betriebsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät eine Steuerungsschnittstelle aufweist, in die ein Steuerungssignal eingegeben wird, wobei das Betriebsgerät das Steuerungssignal in ein internes Lichtsteuersignal konvertiert und die Halbleiterlichtquellen wie die Gasentladungslampen mit diesem Lichtsteuersignal gedimmt werden.
Verfahren zum Betreiben und Dimmen von Halbleiterlichtquellen (3) und Gasentladungslampen (2), dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Dimmbereich ausschliesslich Halbleiterlichtquellen (3) betrieben wer den, im oberen Dimmbereich ausschliesslich Gasentladungslampen (2), und dass es einen Bereich gibt, in dem beide Lichtquellen betrieben werden, wobei die Übernahmepunkte, bei denen die eine Lichtquelle ein bzw. die andere Lichtquelle ausgeschaltet wird, so gestaltet sind, dass die Gesamthelligkeit des Systems gleichbleibt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt, in dem die Wirkungsgrade beider Lichtquellen in etwa gleich groß sind, in dem Dimmbereich liegt, in dem beide Lichtquellen eingeschaltet sind.