DE4220291C1 - Ballast circuit for fluorescent lamp with dimmer - includes source supplying brightness signal for control stage for transistor switch bridging lamp electrodes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vor­ schaltgerät für den Dimmbetrieb von Leuchtstofflampen.

Beim Betrieb einer Leuchtstofflampe werden nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes mehrere Phasen nach­ einander durchgeführt, bis der stationäre Betrieb der Leuchtstofflampe erreicht ist. Zunächst werden in einer Vorheizphase die Lampenelektroden vorgeheizt. Dann werden in einer Zündphase zahlreiche aufeinanderfol- gende Burst-Impulse erzeugt, um die Lampe zu zünden. Im Anschluß an die Zündphase geht das Vorschaltgerät schließlich in die Betriebsphase über, in der die Leuchtstofflampe mit der Betriebsfrequenz umgepolt wird. Das Dimmen erfolgt normalerweise in Abhängigkeit von einem extern zugeführten Helligkeitssteuersignal, das der Steuereinrichtung des Vorschaltgeräts zugeführt wird und eine Phasenanschnittsteuerung des Lampenstroms bewirkt. Ein derartiges Vorschaltgerät ist bekannt aus DE 91 00 552 H1.

Die bekannten Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte, die für Dimmbetrieb geeignet sind, haben den Nachteil, daß im Anschluß an die Vorheizphase von der Lampe beim Zünden ein Lichtblitz erzeugt wird, wobei die Lampe zunächst ihre volle Helligkeit annimmt. Erst anschließend greift die Dimmsteuerung durch, wobei sich die Lampenhelligkeit auf den dem Helligkeitssteuer­ signal entsprechenden Wert verringert. Das plötzliche Aufleuchten der Lampe nach dem Einschalten und das an­ schließende Heruntergehen in den eingestellten Dimm­ zustand ist eine störende Erscheinung. Der Benutzer, der die Lampe am Dimmschalter einschaltet, neigt dazu, aufgrund des Lichtblitzes die Dimmung noch zu ver­ stärken. Wenn der das Helligkeitssteuersignal liefernde Geber in Abhängigkeit vom Umgebungslicht arbeitet, treten durch den Lichtblitz Regelschwankungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leucht­ stofflampen-Vorschaltgerät zu schaffen, das nach dem Einschalten keinen störenden Lichtblitz erzeugt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät wird der Strom oder die Spannung der Versorgungsschaltung am Ende der Vorheizphase auf einen Minimalwert reduziert, der bei­ spielsweise Null oder ein anderer geringer Wert sein kann. Nach Beginn der Zündphase, also während der Er­ zeugung der Burst-Impulse, wird der Strom bzw. die Spannung der bzw. die von der Versorgungsschaltung geliefert wird, kontinuierlich bis auf einen dem Helligkeitssteuersignal entsprechenden Endwert ver­ größert. Das Zünden der Leuchtstofflampe erfolgt also bei einer relativ niedrigen Lampenspannung und mit einem relativ geringen Lampenstrom. Wenn die Lampe bei einem der anfänglichen Burst-Impulse gezündet hat und die Lampenspannung bzw. der Lampenstrom stetig weiter ansteigt, erhöht sich die Helligkeit bis auf den vom Helligkeitssteuersignal vorgegebenen Endwert. Die Helligkeit wird also nicht von einem Maximalwert aus verringert, sondern von einem Minimalwert aus langsam erhöht.

Die Helligkeit, mit der die Lampe leuchtet, ist abhän­ gig vom Lampenstrom. Zur Veränderung des Lampenstroms kann die der Lampe zugeführte Betriebsspannung ver­ ändert werden, die von der Versorgungsspannung abhängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Versorgungsspannung am Ende der Vorheizphase verringert und am Anfang der Zündphase allmählich erhöht. Dies kann mit einer in der Versorgungsschaltung vorgesehenen Regelschaltung erfolgen. Abweichend hiervon ist es auch möglich, anstelle der Spannung der Versorgungsschaltung den von der Versorgungsschaltung gelieferten Strom zu regeln.

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

Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Leucht­ stofflampen-Vorschaltgerätes und

Fig. 2 Diagramme des an die Lampe gelieferten Stroms, der Lampenspannung und der Betriebszustände der verschiedenen Schalter in den einzelnen Phasen.

Das Vorschaltgerät nach Fig. 1 enthält eine Versor­ gungsschaltung 10, der am Eingang eine pulsierende Gleichspannung zugeführt wird und die diese pulsierende Gleichspannung in eine geglättete höhere Versor­ gungsgleichspannung U_V umsetzt. Die Versorgungsschal­ tung 10 enthält einen die Eingangsklenmen verbindenden Eingangskondensator 11 und eine Reihenschaltung aus einem elektronischen Schalter T1 und einer Spule 12. Der Spule 12 ist die Reihenschaltung einer Diode 13 und eines Kondensators 14 parallel geschaltet. Am Konden­ sator 14 entsteht die Versorgungsgleichspannung U_V. Die Diode 13 ist so geschaltet, daß sie bei leitendem Schalter T1 in Sperrichtung betrieben wird, d. h. daß ihre Kathode mit dem Pluspol der Eingangsspannung verbunden ist. Die Höhe der Versorgungsgleichspannung U_V wird durch die Betätigung des Schalters T1 bestimmt, der von einer Steuereinheit CU1 abwechselnd in den leitenden und den gesperrten Zustand gesteuert wird. Die Steuereinheit CU1 empfängt über Leitung 15 ein Signal, das der Größe der Versorgungsspannung U_V entspricht, und sie steuert den Schalter T1 so, daß diese Versorgungsspannung auf einem bestimmten Wert gehalten wird.

Die Versorgungsschaltung 10 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbelspiel ein Inversregler. Wenn der Schalter T1 im leitenden Zustand ist, fließt ein Strom von der positiven Eingangsklemme über den Schalter T1 und die Spule 12 zur negativen Eingangsklemme. Wird der Schalter T1 in den Sperrzustand gesteuert, dann entlädt sich die Induktivität der Spule 12 und der Kondensator 14 wird über die Diode 13 aufgeladen. Das Maß der Auf­ ladung hängt insbesondere von der Frequenz der Betäti­ gung des Schalters T1 und von dem Tastverhältnis ab.

Die Versorgungsspannung U_V wird als Gleichspannung ei-­ nem Wechselrichter 20 zugeführt, der in bekannter Weise zwei in Reihe geschaltete elektronische Schalter T2 und T3 aufweist, die von einer Steuereinheit CU2 wechsel­ seitig ein- und ausgeschaltet werden. Die Spannung U_G am Ausgang des Wechselrichters 20 bildet die Genera­ torspannung für den Lampenbetrieb. An die Generator­ spannung U_G ist die Reihenschaltung aus einer Spule L1 und der Leuchtstofflampe LL angeschlossen.

Die Leuchtstofflampe LL weist zwei Elektroden E1 und E2 auf. Die Elektrode E1 ist mit der Spule L1 verbunden und die Elektrode E2 ist über einen Kondensator 21 mit dem Pluspol und über einen weiteren Kondensator 22 mit dem Minuspol der Versorgungsspannung U_V verbunden. Die Kondensatoren 21 und 22 bilden zusammen mit den Schal­ tern T2 und T3 des Wechselrichters eine Brückenschal­ tung.

Die Elektroden E1 und E2 sind durch einen Über­ brückungsschalter T4 verbunden. Der Überbrückungs­ schalter T4 wird von der Steuereinheit CU2 in noch zu erläuternder Weise gesteuert. Die Steuereinheit CU2 ist an einen Geber 30 angeschlossen, der eine Gleich­ spannung im Bereich vom 0 bis 10 Volt liefern kann, welche das Helligkeitssteuersignal bildet.

Die Steuereinheit CU2 steuert die verschiedenen Phasen des Lampenbetriebs und ist zu diesem Zweck mit dem Wechselrichter 20 und über eine Leitung 31 mit der Steuereinheit CU1 verbunden.

Die Steuereinrichtung enthält außer den Steuereinheiten CU1 und CU2 eine weitere Steuereinheit CU3, die über eine Leitung 32 mit einem Eingang der Versorgungs­ schaltung 10 verbunden ist. Anhand der an Leitung 32 anstehenden Spannung erkennt die Steuereinheit CU3, wann an den Eingang der Versorgungsschaltung 10 eine Spannung angelegt wurde bzw. wann das Vorschaltgerät eingeschaltet wurde, um die Lampe in Betrieb zu setzen. Die Steuereinheit CU3 liefert dann Signale an die beiden Steuereinheiten CU1 und CU2.

In Fig. 2 sind die verschiedenen Schaltzustände der elektronischen Schalter T2, T3 und T4 in den ver­ schiedenen Phasen A, B und C des Lampenbetriebs dar­ gestellt. Ein Hoch-Signal bedeutet jeweils den leitenden Zustand des betreffenden Schalters und ein Tief-Signal den gesperrten Zustand. Nach dem Ein­ schalten des Vorschaltgerätes wird der Überbrückungs­ schalter T4 zunächst in den leitenden Zustand ge­ steuert, so daß ein Stromweg parallel zur Leucht­ stofflampe LL geschlossen ist und die Lampenelektroden E1 und E2 vorgeheizt werden. Hierbei arbeitet die Steuereinheit CU2 mit einer relativ niedrigen Um­ schaltfrequenz für den Wechselrichter 20. Da die Leuchtstofflampe LL in dieser Phase kurzgeschlossen ist, ist die Lampenspannung U_L = Null.

Nach einer Dauer der Vorheizphase A von z. B. 400 ms erzeugt die Steuereinheit CU2 in der Zündphase B eine Folge von Burst-Impulsen, in denen der Überbrückungs­ schalter T4 kurzzeitig hintereinander periodisch geöffnet und geschlossen wird. Durch die Folge von Unterbrechungen des Stromwegs über den Überbrückungs­ schalter T4 bei noch nicht gezündeter Leuchtstofflampe entsteht durch die Wirkung der Induktivität L1 ein hohe Zündspannung zwischen den Lampenelektroden. Nach Ablauf der Zündphase B, die eine vorgegebene Dauer hat, schaltet die Steuereinheit CU2 auf die Betriebsfrequenz um, die höher liegt als die Vorheizfrequenz und die z. B. 35 bis 50 kHz beträgt.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf des der Leucht­ stofflampe zugeführten Stroms i nach dem Einschalten dargestellt. Dieser Strom i ist der Größe der Ver­ sorgungsspannung U_V proportional, die durch die Steuereinheit CU1 vorgegeben wird. Während der Vor­ heizphase A hat der Strom i seinen Maximalwert von 100%. Am Ende der Vorheizphase A wird der Strom i kontinuierlich bis auf einen Minimalwert, der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Null ist, verringert. Die Zündphase B startet von diesem Minimalwert aus. In der Zündphase B hat der Lampenstrom die Frequenz der Burst-Impulse. Von dem Minimalwert an steigt der Lampenstrom nach einer Zeitfunktion stetig an, bis der dem Helligkeitssteuersignal des Gebers 30 entsprechende Wert erreicht ist, der anschließend beibehalten wird. Nach erfolgter Zündung bleibt der Lampenstrom auf diesem Wert konstant. Wenn die stationäre Betriebsphase C erreicht ist, wird die Versorgungsspannung auf dem durch das Helligkeitssteuersignal vorgegeben Wert gehalten, so daß auch der Strom i konstant bleibt. Dieser Strom ist infolge der Wirkung des Wechsel­ richters 20 ein Wechselstrom, dessen Frequenz und Kurvenform denjenigen der Lampenspannung U_L entspricht.

Die Vorgabe der zeitlich variierenden Werte für die Versorgungsspannung U_V in Abhängigkeit vom Einschalt­ zeitpunkt erfolgt durch die Steuereinheit CU2, die der Steuereinheit CU1 über Leitung 31 entsprechende Befehle mitteilt. Die Funktion der Steuereinheit CU3 besteht im wesentlichen nur darin, den Einschaltzeitpunkt fest­ zustellen.

Da die Führungsgröße, die der Steuereinheit CU1 für die Versorgungsspannung U_V mitgeteilt wird, am Ende der Vorheizphase A kontinuierlich abnimmt und nach Beginn der Zündphase B kontinuierlich ansteigt, ist sicherge­ stellt, daß das Zünden der Leuchtstofflampe nicht mit vollem Lampenstrom erfolgt, wenn das vom Geber 30 gelieferte Helligkeitssteuersignal einen niedrigeren Wert vorgibt.

Claims (1)

1. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät mit einer Versor­ gungsschaltung (10) zur Erzeugung einer Versorgungs­ gleichspannung, einem Wechselrichter (20) zur Erzeugung einer den Elektroden (E1, E2) der Leuchtstofflampe zuzuführenden Wechselspannung, einem die Elektroden (E1, E2) verbindenen Überbrückungsschalter (T4), der von einer Steuereinrichtung (CU1-CU3) entsprechend nach­ einander durchzuführender Phasen (A, B, C) des Lampen­ betriebs gesteuert ist, wobei auf eine Vorheizphase (A) mit kontinuierlich leitendem Überbrückungsschalter (T4) eine Zündphase (B) folgt, in der der Überbrückungs­ schalter eine Folge von Burst-Impulsen erzeugt, und mit einem Geber (30), der an die Steuereinrichtung (CU1-CU3) ein Helligkeitssteuersignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CU1-CU3) außerdem Strom oder die Spannung der Versorgungsschaltung (10) in der Weise steuert, daß der Lampenstrom (i) am Ende der Vorheiz­ phase (A) auf einen Minimalwert reduziert und nach Beginn der Zündphase (B) allmählich bis zum Erreichen eines dem Helligkeitssteuersignal entsprechenden Wertes erhöht wird.