DE69611076T2

DE69611076T2 - Vorschaltgerät für eine Leuchtstofflampe mit Lampenausfallschutzschaltung

Info

Publication number: DE69611076T2
Application number: DE69611076T
Authority: DE
Inventors: G. Konopka; A. Priegnitz
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: DE69611076D1; EP0769239B1; KR100263626B1; US5574336A; EP0769239A1; JPH10501654A; CN1069810C; EP0769239A4; WO1996030983A1; KR970703635A; JP3403736B2; ATE197866T1; ES2153955T3; CN1148929A

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Vorschaltgeräte zum Speisen von Leuchtstofflampen.

Allgemeiner Stand der Technik

Eine Beleuchtungseinheit weist ein elektronisches Vorschaltgerät zum Speisen von einer oder mehreren Leuchtstofflampen auf. Ein elektronisches Vorschaltgerät speist Leuchtstofflampen preiswert und effizient. Bei einigen Arten von Beleuchtungseinheiten können die Leuchtstofflampen entfernt werden.
Wenn eine Lampe ausfällt, muß sie ausgetauscht werden. Üblicherweise wird die Stromzufuhr zu dem Vorschaltgerät vor dem Austausch nicht abgeschaltet. Dies führt zu mehreren Problemen. Erstens gestatten gegenwärtige Auslegungen, daß das Vorschaltgerät selbst dann, wenn keine Lampe vorliegt, große Mengen an Energie verbrauchen kann. Zweitens stellt die Spannung an den Ausgangsanschlüssen der Lampe für eine die Lampe austauschende Person ein Sicherheitsrisiko dar.
Somit ist ein Vorschaltgerät höchst wünschenswert, das weniger Energie verbraucht, wenn keine Lampe vorliegt, und das außerdem das Risiko eines Stromschlags für eine die Lampe austauschende Person reduziert.
Das US-Patent 4,667,131 offenbart eine Vorschaltgerät-Schutzschaltung, die den Wechselrichter abschaltet, wenn die Lampen entweder entfernt werden oder nicht zünden, und die den Wechselrichter wieder startet, so daß die Lampen nach dem Austausch gezündet werden können. Die Deutsche Patentanmeldung DE A 3 432 266 offenbart eine Vorschaltgerät-Schutzschaltung, die die an der Resonanzinduktivität anliegende Spannung überwacht, um ein Entfernen oder einen Ausfall der Lampe anzuzeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schaltbild des gemäß der Erfindung hergestellten Vorschaltgeräts.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung verwendet einen Sensor zusammen mit dem Gleichstrom- Sperrkondensator, um eine alternative Lösung zum Erfassen eines Lampenfehlzustands bereitzustellen. Falls eine Leuchtstofflampe nicht vorliegt oder die Lampe nicht richtig arbeitet, wird der Wechselrichter für einen Zeitraum deaktiviert. Der Wechselrichter wird dann zum Starten der Lampe alle zwei Sekunden für 8 Millisekunden eingeschaltet. Dadurch wird die Leistung reduziert, die das Vorschaltgerät während der Zeiträume verbraucht, in denen eine Lampe nicht an das Vorschaltgerät angeschlossen ist. Außerdem ist eine die Lampe austauschende Person keinem Risiko ausgesetzt, da die Höhe der Spannung an den Lampenanschlüssen nicht konstant, sondern gepulst ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines gemäß der Erfindung hergestellten Vorschaltgeräts 6. Eine Gleichstromquelle 10 ist an einen Wechselrichter 12 angekoppelt und führt ihm Strom zu. Der Wechselrichter 12 wandelt den Strom von der Gleichstromquelle 10 in hochfrequenten Wechselstrom um. Der Wechselstrom wird einer Leuchtstofflampenlast 14 zugeführt. Bei der Leuchtstofflampenlast 14 handelt es sich um eine oder mehrere Leuchtstofflampen.
Eine Schutzschaltung 16 überwacht die Last 14. Immer wenn ein Lampenfehlzustand vorliegt (das heißt eine Lampe von der Last entfernt ist), liefert die Schutzschaltung 16 ein Signal an eine Wechselrichtersteuerschaltung 18. Die Wechselrichtersteuerschaltung 18 deaktiviert dann den Wechselrichter 12.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines gemäß der Erfindung hergestellten Vorschaltgeräts 6.
Eine Gleichrichterschaltung 10 ist als ein Brückengleichrichter 20 und ein Elektrolytkondensator 22 gezeigt.
Die Gleichrichterschaltung 10 ist an den Wechselrichter 12 angekoppelt. Der Ausgang des Wechselrichters 12 ist an die Leuchtstofflampenlast 14 angekoppelt. Die Leuchtstofflampenlast 14 ist als eine Leuchtstofflampe gezeigt, doch könnte sie eine Anordnung von in Reihe geschalteten Leuchtstofflampen sein.
Das Ausgangssignal des Wechselrichters 12 ist ein hochfrequenter Strom mit einer Wechselstromkomponente und einer Gleichstromkomponente. Das Ausgangssignal des Wechselrichters 12 ist in der Regel ein Wechselstrom mit 35 kHz.
Das Steuer-IC (integrierte Steuerschaltung) 24 ist ein Impulsbreitenmodulator, der den Wechselrichter 12 ansteuert. Wenn von dem Steuer-IC 24 kein Signal vorliegt, arbeitet der Wechselrichter 12 nicht weiter. Das Steuer-IC 24 weist einen Abschaltstift 36 auf. Wenn die Spannung an dem IC-Abschaltstift 36 2,5 Volt übersteigt, schaltet das Steuer-IC 24 sich und dadurch den Wechselrichter 12 ab.
Der Gleichstrom-Sperrkondensator 25 ist für den hochfrequenten Lampenwechselstrom ein niederohmiger Weg nach Masse.
Wenn die Gleichrichterschaltung 10 an die Wechselstromquelle 8 angekoppelt ist, lädt sich ein Anfahrkondensator 27 durch einen Widerstand 29 auf. Wenn die Spannung an dem Kondensator 27 ungefähr 16 Volt erreicht, beginnt das Steuer-IC 24 zu arbeiten. Auf einer Leitung 26 wird ein hochfrequentes Ansteuersignal erzeugt. Gleichzeitig erscheint auf einer Leitung 28 ein Gleichstrom von +5 Volt. Die Spannung auf Leitung 28 lädt über einen Widerstand 32 und eine Diode 34 einen Zeitsteuerungskondensator 30. Der Widerstand 32 und der Zeitsteuerungskondensator 30 weisen eine RC-(Widerstand-Kondensator)-Zeitkonstante auf.
Nach dem Anfahren liefert der Wechselrichter 12 über eine Diode 15 dem Steuer-IC 24 einen Gleichstrom von 16 Volt, um seinen Betrieb aufrechtzuerhalten.
Der Zeitsteuerungskondensator 30 ist über eine Reihenschaltung aus Strombegrenzungswiderstand 38 und Sperrdiode 40 an den IC-Abschaltstift 36 angeschlossen. Ein Lastwiderstand 42 ist zwischen dem IC-Abschaltstift 36 und Masse angekoppelt. Am Lastwiderstand 42 entwickelt sich, wie hier beschrieben, eine Abschaltspannung.
Der Widerstand 32 und der Zeitsteuerungskondensator 30 bilden eine Zeitsteuerungsschaltung 31. Die Zeitkonstante des Widerstands 32 und des Zeitsteuerungskondensator 30 ist derart, daß sich innerhalb von ungefähr 8 Millisekunden an dem Lastwiderstand 42 die Abschaltspannung von 2,5 Volt entwickelt. Zu diesem Zeitpunkt schaltet das Steuer-IC 24 sich selbst und dadurch den Wechselrichter 12 ab.
Falls ein Erfassungstransistor 44 (der hier als bipolarer Sperrschichttransistor gezeigt ist) aktiviert wird, bevor 8 Millisekunden verstrichen sind, entwickelt sich an dem Lastwiderstand 42 keine Abschaltspannung, weshalb das Steuer-IC 24 nicht abschaltet.
Ein Widerstand 46 ist zwischen die Basis des Erfassungstransistors 44 und den Verbindungspunkt des Gleichstrom-Sperrkondensators 26 und der Lampe 14 geschaltet. Falls die Lampe 14 vorliegt und arbeitet, fließt somit eine geringe Menge Gleichstrom durch Lampe 14 und durch die Basis des Erfassungstransistors 44. Die Höhe des Gleichstroms wird durch die Größe des Widerstands 46 gesteuert.
Somit schaltet der Gleichstrom den Erfassungstransistor 44 ein, was bewirkt, daß der Verbindungspunkt von Widerstand 38 und Diode 40 eine Spannung mit ungefähr Massepotential aufweist. Somit fließt durch den Widerstand 42 kein Strom, und an dem IC- Abschaltstift 36 entwickelt sich keine Spannung und das Steuer-IC 24 arbeitet weiter.
Die Basis eines Neustartsteuertransistors 48 ist über einen Widerstand 50 an den Zeitsteuerungskondensator 30 und den Zeitsteuerungswiderstand 32 angekoppelt. Solange der Steuer-IC 24 arbeitet, ist der Neustartsteuertransistor 48 eingeschaltet.
Falls die Lampe 14 nicht zündet oder falls die Lampe 14 entfernt wird, fließt kein Gleichstrom durch den Widerstand 46. Dadurch wird der Erfassungstransistor 44 ausgeschaltet, was bewirkt, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt von Widerstand 38 und Diode 40 auf eine Spannung über Massepotential ansteigt und dadurch bewirkt, daß durch den Widerstand 42 ein Strom fließt, wodurch das Steuer-IC 24 und dadurch der Wechselrichter 12 abgeschaltet werden. Wenn der Wechselrichter 12 abgeschaltet wird, wird keine Spannung durch die Diode 15 an das Steuer-IC 24 geliefert.
Nach dem Abschalten des Steuer-IC 24 kann es auf Leitung 28 keine Spannung mehr erzeugen. Der Zeitsteuerungskondensator 30 beginnt, sich durch den Widerstand 38 und 42 und auch durch Widerstand 50 zu entladen. Solange an dem Zeitsteuerungskondensator 30 eine Spannung von über 0,6 Volt vorliegt, bleibt der Neustartsteuertransistor 48 geschlossen. Die Spannung an dem Steuer-IC-Anlaufstift 23 bleibt unter 16 Volt.
Wenn die Spannung am Zeitsteuerungskondensator 30 unter 0, Volt abfällt, schaltet sich der Neustartsteuertransistor 48 ab. Die Spannung an dem Steuer-IC-Anlaufstift 23 steigt auf 16 Volt an und das Steuer-IC 24 startet wieder, was den Start des Wechselrichters 12 bewirkt. Dann wiederholt sich der ganze Prozeß.
Eine Zündspannung mit ausreichender Amplitude zum Zünden der Leuchtstofflampe 14 erscheint für einen ersten vorbestimmten Zeitraum von ungefähr 8 Millisekunden wieder an den Lampenanschlüssen. Das Vorschaltgerät 6 versucht periodisch, die Lampe 14 für eine zweite vorbestimmter Zeit von ungefähr zwei Sekunden neu zu starten. Eine Zündspannung mit ausreichender Amplitude zum Zünden der Leuchtstofflampe 14 erscheint für einen Zeitraum von ungefähr 8 Millisekunden an den Lampenanschlüssen. Somit liegt das Tastverhältnis des Wechselrichters während eines Fehlerzustands unter 0,5% der gesamten Eingangsleistung. Die durchschnittliche Eingangsleistung des Wechselrichters während eines Fehlerzustands liegt bei 0,3 Watt.
Wegen des niedrigen Energieverbrauchs entspricht die Schaltung ohne Probleme den Anforderungen des Underwriter's Laboratory hinsichtlich Stromverlust durch die Lampe. Diese Schaltung weist bei Fehlerbetriebsarten einen minimalen Energieverbrauch auf und stellt für eine Person, die versucht, eine ausgefallene Lampe auszutauschen, ein sichereres Umfeld dar.

Claims

1. Schaltung zum Speisen einer Leuchtstofflampe (14), die folgendes umfaßt:

ein Gleichrichtungsmittel (10) zum Empfangen einer Quelle von Wechselstrom (8);

einen an das Gleichrichtungsmittel (10) angekoppelten Wechselrichter (12), der so betrieben werden kann, daß der Lampe (14) ein Lampenstrom geliefert werden kann;

einen Gleichstrom-Sperrkondensator (20), mit dem die Lampe (14) in Reihe geschaltet werden kann, wobei ein Anschluß des Gleichstrom-Sperrkondensators an Schaltungsmasse angeschlossen ist;

eine an den Wechselrichter (12) angekoppelte Wechselrichtersteuerschaltung (24), die einen Anlaufstift (23) zum Empfangen von Betriebsenergie und einen Abschaltstift (36) zum Empfangen eines Signals zum Deaktivieren der Wechselrichtersteuerschaltung (24) aufweist;

eine Anlaufschaltung (27, 29), die an das Gleichrichtungsmittel (10) und den Anlaufstift (23) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) angeschlossen ist und so betrieben werden kann, daß die Wechselrichtersteuerschaltung (24) aktiviert wird;

wobei der Wechselrichter (12) so betrieben werden kann, daß er nur dann über den Anlaufstift (23) Betriebsenergie an die Wechselrichtersteuerschaltung (24) liefert, wenn diese arbeitet;

einen Sensor (44, 46), der jeweils an den Verbindungspunkt zwischen der Lampe (14) und dem Gleichstrom-Sperrkondensator (25), an Schaltungsmasse und an den Abschaltstift (36) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) angekoppelt ist, um zu erfassen, ob durch die Lampe ein Strom fließt;

eine Zeitsteuerungsschaltung (31), die an den Abschaltstift (36) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) und an den Sensor (44, 46) angekoppelt ist und so betrieben werden kann, daß die Wechselrichtersteuerschaltung (24) deaktiviert wird, falls innerhalb eines ersten vorbestimmten Zeitraums nach der Aktivierung der Wechselrichtersteuerschaltung (24) durch die Anlaufschaltung (27, 29) durch den Sensor (44, 46) kein Lampenstrom erfaßt wird;

und einen Neustartsteuertransistor (48), der an die Zeitsteuerungsschaltung (31) und den Anlaufstift (23) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) angekoppelt ist und so betrieben werden kann, daß:

(i) die Wechselrichtersteuerschaltung (24) nach ihrer Deaktivierung durch die Zeitsteuerungsschaltung (31) für einen zweiten vorbestimmten Zeitraum weiterhin deaktiviert bleibt; und

(ii) die Wechselrichtersteuerschaltung (24) durch die Anlaufschaltung (27, 29) aktiviert werden kann, nachdem die Wechselrichtersteuerschaltung (24) für den zweiten vorbestimmten Zeitraum deaktiviert worden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (44, 46), wenn Lampenstrom vorliegt, so betrieben werden kann, daß eine Deaktivierung der Wechselrichtersteuerschaltung (24) durch die Zeitsteuerungsschaltung (31) verhindert wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Zeitsteuerungsschaltung (31) folgendes umfaßt:

einen an einen Niederspannungsversorgungsstift (28) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) angekoppelten Zeitsteuerungswiderstand (32); und

einen zwischen dem Zeitsteuerungswiderstand (32) und Schaltungsmasse geschalteten Zeitsteuerungskondensator (30), der auch an den Abschaltstift (36) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) angekoppelt ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der der Sensor (44, 46), wenn Lampenstrom vorliegt, so betrieben werden kann, daß eine Deaktivierung der Wechselrichtersteuerschaltung (24) durch Ankopplung des Zeitsteuerungskondensators (30) an Schaltungsmasse verhindert wird.

5. Schaltung nach Anspruch 4, bei der der Sensor (44, 46) einen Meßwiderstand (46) und einen Meßtransistor (44) umfaßt, wobei:

der Meßtransistor eine an den Meßwiderstand (46) angekoppelte Basisleitung, eine an den Zeitsteuerungskondensator (30) angekoppelte Kollektorleitung und eine an Schaltungsmasse angekoppelte Emitterleitung aufweist;

der Erfassungswiderstand (46) zwischen die Basisleitung des Erfassungstransistors (44) und den Verbindungspunkt zwischen der Lampe (14) und dem Gleichstrom-Sperrkondensator (25) geschaltet ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, bei der der Neustartsteuertransistor (48) folgendes enthält:

eine an den Zeitsteuerungskondensator (30) angekoppelten Basisleitung;

eine an den Anlaufstift (23) der Wechselrichtersteuerschaltung (24) angekoppelte Kollektorleitung; und

eine an Schaltungsmasse angekoppelte Emitterleitung.