DE4013697A1 - Leuchtstofflampen-vorschaltgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vorschalt­ gerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Art.

Für den Betrieb von Leuchtstofflampen werden Vorschalt­ geräte benutzt, die die für die Stromversorgung benötigte Lampenspannung aus der Netzspannung erzeugen und darüber hinaus auch das Zünden der Leuchtstofflampe bewirken. Die von dem Vorschaltgerät erzeugte Betriebs­ spannung ist eine Gleichspannung, die höher sein kann als die Netzspannung. Es ist bekannt, diese Betriebs­ spannung einem Wechselrichter zuzuführen, der daraus die Generatorspannung für den Lampenbetrieb macht, bei der es sich um eine rechteckförmige Wechselspannung mit abwechselnden positiven und negativen Halbwellen handelt. Die Leuchtstofflampe ist in Reihe mit einem Kondensator und einer Spule an die Generatorspannung angeschlossen. Der Kondensator und die Spule bilden ein LC-Glied, das die Generatorspannung filtert und daraus einen annähernd sinusförmigen Lampenstrom macht.

Beim Lampenbetrieb unterscheidet man zwischen der Vorheizphase, in der die Lampenelektroden vorgeheizt werden, der Startphase, in der an die Lampe eine Folge von Burst-Impulsen gelegt wird, und der Betriebsphase, in der die Lampe mit vom Wechselrichter erzeugtem Wechselstrom, dessen Frequenz über 20 kHz liegt, betrieben wird. Es ist bekannt, die Lampenelektroden durch einen elektronischen Überbrückungsschalter miteinander zu verbinden, der von einer Steuerein­ richtung gesteuert ist, welche die drei genannten Phasen steuert. In der Vorheizphase hält die Steuer­ einrichtung den Überbrückungsschalter im leitenden Zustand, so daß der vom Wechselrichter gelieferte Strom über die Lampenelektroden fließt, ohne daß zwischen den Lampenelektroden ein wesentlicher Spannungsabfall auf­ tritt. In der Startphase wird der Überbrückungsschalter mit einer Frequenz von z. B. 50 kHz betätigt, um die Burst-Impulse zu erzeugen, die schließlich zur lampen­ zündung führen. Nach Beendigung der Startphase wird der Überbrückungsschalter dauernd im Sperrzustand gehalten. Die Steuerung der verschiedenen Phasen des Lampen­ betriebs erfolgt durch die den Überbrückungsschalter steuernde Steuereinrichtung.

Aus DE 35 24 681 C2 ist eine Dimmerschaltung für ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät bekannt. Hierbei ist der Leuchtstofflampe ein Schaltregler vorgeschaltet, der den Lampenstrom auf ein von einer Referenzspannung vorgegebenes Maß regelt. Die Referenzspannung kann durch Verstellen eines Gebers beeinflußt werden. Eine solche Veränderung des Lampenstroms hat zur Folge, daß der durch die Lampenelektroden fließende Strom vom Maß der jeweiligen Dimmung abhängt. Bei starker Dimmung kann der Strom so gering werden, daß er für die erforderliche Heizung der Elektroden nicht ausreicht, so daß die Lampe erlischt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leucht­ stofflampen-Vorschaltgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem mit einfachen technischen Mitteln eine Dimmeinrichtung realisiert ist und bei dem in jedem Dimmzustand eine ausreichende Heizung der Lampenelektroden sicher­ gestellt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät erfolgt eine Dimmung mit einem elektronischen Dimmschalter, der die Lampenelektroden untereinander verbindet und der im leitenden Zustand den Entladungsweg der Lampe kurz­ schließt. Dieser Dimmschalter ist so gesteuert, daß er nach jedem Nulldurchgang des Lampenstroms eine vorgeb­ bare Zeit den einen Schaltzustand und danach bis zum nächsten Nulldurchgang den anderen Schaltzustand annimmt. Die Dimmung erfolgt also nach Art einer Phasenanschnittsteuerung, wobei jedoch in derjenigen Zeit, in der der Dimmschalter geschlossen ist, die Lampenelektroden in Reihe geschaltet sind und von Strom durchflossen werden. Dadurch wird erreicht, daß der Lampenstrom unabhängig von den Anteilen, die beide Schaltzustände an einer Halbperiode haben, stets einen etwa sinusförmigen Verlauf hat, wobei die Dauer einer Halbwelle aufgeteilt wird in einen Teil, in dem der Lampenstrom über den Dimmschalter fließt und in einen Teil, in dem der Lampenstrom über die Entladungsstrecke fließt. Eine mit der Leuchtstofflampe in Reihe geschaltete Induktivität bewirkt die erforderliche Lampenspannung auch bei stark gedimmtem Betrieb, dadurch ist ein einwandfreier Lampenbetrieb möglich. Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät liefert einen großen Dimmbereich von 0% bis 100%.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Dimmschalter der die verschiedenen Phasen des Lampenbetriebs steuernde Überbrückungsschalter benutzt, der von der zweiten Steuereinrichtung gesteuert ist. Die zweite Steuereinrichtung empfängt von dem Geber ein Helligkeitssteuersignal. Von der den Wechselrichter steuernden ersten Steuereinrichtung erhält die Steuer­ einrichtung des Überbrückungsschalters Synchronisier­ signale zur Kennzeichnung der Nulldurchgänge. Aus diesen Synchronisiersignalen werden unter Berücksichti­ gung des jeweils eingestellten Dimmzustandes die Umschaltzeitpunkte in den jeweiligen Halbwellen des Lampenstromes bestimmt bzw. die Verzögerungszeiten der Umschaltung in bezug auf die Nulldurchgänge.

Die zweite Steuereinrichtung ist vorzugsweise ein integrierter Schaltkreis, der Rechen- und Steuer­ operationen durchführen kann und der außerdem eine Zeitzählung vornimmt, um die Verzögerungszeit der Umschaltung des Überbrückungsschalters oder Dimm­ schalters in bezug auf den Nulldurchgang realisiert.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Vorschalt­ gerätes und

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms der Leuchtstofflampe bei einem Dimmzustand.

Gemäß Fig. 1 enthält das Vorschaltgerät einen Strom­ versorgungsteil SV, der aus der Netzspannung eine Betriebsspannung U_B als geregelte Gleichspannung erzeugt. Die Betriebsspannung U_B wird dem Wechsel­ richter WR zugeführt, der zwei in bekannter Weise an die Betriebsspannung U_B angeschlossene, in Reihe geschaltete elektronische Schalter 10, 11 enthält, die von der ersten Steuereinrichtung IC1 wechselseitig ein­ und ausgeschaltet werden. Die Spannung am Ausgang des Wechselrichters WR bildet die Generatorspannung U_G für den Lampenbetrieb. An die Generatorspannung U_G ist die Reihenschaltung aus einem Kondensator 12, einer Induk­ tivität 13 und der Leuchtstofflampe LL angeschlossen.

Jede der Lampenelektroden E1 und E2 weist zwei Elektrodenanschlüsse auf. Ein Anschluß der Elektrode E1 ist mit einem anderen Anschluß der Elektrode E2 über einen elektronischen Schalter, den Überbrückungs­ schalter 14, verbunden, der die Entladungsstrecke der Leuchtstofflampe LL kurzschließen kann und der von der zweiten Steuereinrichtung IC2 gesteuert wird. Diese Steuerschaltung IC2 liefert über Leitung 15 Melde­ signale an die Steuerschaltung IC1 des Wechselrichters WR. Der Überbrückungsschalter 14 und die Steuer­ schaltung IC2 sind an die dem Wechselrichter WR abge­ wandten Elektrodenanschlüsse angeschlossen, so daß sie über die Elektroden E1 und E2 nur dann mit Spannung versorgt werden, wenn eine Leuchtstofflampe LL einge­ setzt ist.

Nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes wird der Überbrückungsschalter 14 zunächst in den leitenden Zustand gesteuert, so daß ein Stromweg parallel zur Leuchtstofflampe LL geschlossen ist. In diesem Zustand werden die Lampenelektroden E1 und E2 vorgeheizt. Hierbei arbeitet die Steuerschaltung IC1 mit einer relativ niedrigen Umschaltfrequenz für die Schalter 10, 11. Nach einer von der Steuerschaltung IC2 über­ wachten Vorheizzeit von z. B. 400 ms erzeugt die Steuereinrichtung IC2 eine Folge von Burst-Impulsen, in denen der Überbrückungsschalter 14 kurzzeitig hinter­ einander periodisch geöffnet und geschlossen wird. Die Burst-Impulse werden beispielsweise mit einer Folge­ frequenz von 50 kHz und über eine Zeitdauer von 5 ms erzeugt. Durch die Folge von Unterbrechungen des Stromweges über den Überbrückungsschalter 14 bei noch nicht gezündeter Leuchtstofflampe entsteht durch die Wirkung der Induktivität 13 eine hohe Zündspannung zwischen den Lampenelektroden. Nachdem die Leuchtstoff­ lampe während der Erzeugung der Burst-Impulse gezündet hat, liefert die Steuerschaltung IC2 nach Beendigung der Burst-Impulse an die Steuerschaltung IC1 ein Signal, durch das die Steuerschaltung IC1 auf die Betriebsfrequenz umgeschaltet wird, die höher ist als die Vorheizfrequenz und beispielsweise 35 kHz beträgt.

Zur Durchführung des Dimmbetriebes gibt die Steuer­ schaltung IC1 über eine Synchronisierleitung 16 Synchronisiersignale an die Steuerschaltung IC2 und diese schaltet während einer Halbwelle des Lampenstroms den Schalter 14 um. Im ungedimmten Zustand ist während der Betriebsphase der Überbrückungsschalter 14 dauernd geöffnet, so daß über die Leuchtstofflampe LL ein etwa sinusförmiger Entladestrom i fließt. Zum Dimmen wird der Dimmschalter DS bei jedem Nulldurchgang des Lampen­ stroms in den leitenden Zustand gesteuert und für eine vorbestimmte Zeitspanne t_x im leitenden Zustand gehalten. Danach wird der Dimmschalter von der Steuer­ einrichtung IC2 in den nichtleitenden Zustand ge­ steuert, den er bis zum nächsten Nulldurchgang des Lampenstromes beibehält. Die Zeitspanne t_x, in der der Dimmschalter DS die Entladungsstrecke der Leuchtstoff­ lampe kurzschließt, hängt von dem Signal eines Gebers 17 ab, an dem das Maß der Dimmung eingestellt wird. Dieser Geber kann manuell verstellbar sein oder in Abhängigkeit von einer elektrischen Steuerung oder von physikalischen Größen, beispielsweise der Umgebungs­ helligkeit. In Abhängigkeit von dem Signal des Gebers 17 wird durch die Steuereinrichtung IC2 die Dauer der Einschaltzeit t_x des Dimmschalters DS bemessen.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt der Überbrückungsschalter 14 gleichzeitig die Funktion des Dimmschalters DS wahr. Es ist auch möglich, den Dimm­ schalter als separaten Schalter vorzusehen, welcher dem Überbrückungsschalter parallelgeschaltet ist.

Dadurch, daß sowohl der Entladestrom i als auch der über den Dimmschalter DS fließende Strom durch die Lampenelektroden E1 und E2 fließt, ist unabhängig vom Dimmzustand sichergestellt, daß die Lampenelektroden stets ausreichend beheizt sind.

Claims (4)

1. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter (WR) aus zwei von einer ersten Steuereinrichtung (IC1) gesteuerten elektronischen Schaltern (10, 11) zur Erzeugung einer den Elek­ troden (E1, E2) der Leuchtstofflampe (LL) zuzu­ führenden Spannung, und einem die Elektroden (E1, E2) verbindenden Überbrückungsschalter (14), der von einer zweiten Steuereinrichtung (IC2) zur Durchführung unterschiedlicher Phasen des Lampen­ betriebs gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Elektroden (E1, E2) verbindender elek­ tronischer Dimmschalter (DS) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von einem Helligkeitssteuersignal eines Gebers (17) derart gesteuert ist, daß er nach jedem Nulldurchgang des Lampenstroms eine vorgebbare Zeit (t ) den einen Schaltzustand und danach bis zum nächsten Nulldurchgang den anderen Schaltzustand annimmt.

2. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungs­ schalter (14) die Funktion des Dimmschalters (DS) wahrnimmt und von der zweiten Steuereinrichtung (IC2) in Abhängigkeit von dem Helligkeitssteuer­ signal gesteuert ist.

3. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuer­ einrichtung (IC1) an die zweite Steuereinrichtung (IC2) Synchronisiersignale zur Kennzeichnung der Nulldurchgänge liefert.

4. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dimmschalter (DS) derart gesteuert ist, daß er nach jedem Nulldurchgang des Lampenstroms zunächst den leitenden Zustand einnimmt.