DE69919138T2

DE69919138T2 - Electronischer dimmer

Info

Publication number: DE69919138T2
Application number: DE69919138T
Authority: DE
Inventors: L. Russell MAC ADAM; S. Mark TAIPALE; K. Oliver MIHM; G. David LUCHACO; C. Jason KILLO; A. Kolawole OTITOJU
Original assignee: Lutron Electronics Co Inc
Current assignee: Lutron Electronics Co Inc
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2019-02-13
Also published as: HK1033064A1; ES2226346T3; WO1999041953A1; EP1059017B1; DE69919138D1; JP4597364B2; US6452344B1; EP1059017A1; JP2002503876A

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Das Abblenden von Leuchtstofflampen erfordert einen Mindestbetrag an Ausgangsimpedanz, um den stabilen Betrieb der Lampe bei niedrigen Lichtstufen zu gewährleisten. Bekanntermaßen wird dies durch Verwendung eines Resonanzkreises bei der Ausgabe des Inverters und Modulieren des Auslastungsgrads der Inverterwellenform, um die Lichtabgabe der Lampe zu regulieren, bereitgestellt. Dies funktioniert gut bei linearen Leuchtstofflampen, die einen relativ geringen Wert negativer inkrementaler Impedanz und daher einen mäßigen Anstieg der Lampenimpedanz aufweisen, wenn ihre Lichtabgabe von voll auf niedrige Stufen reduziert wird. In diesem Zusammenhang wird Lampenimpedanz als das Verhältnis von Bogenbrennspannung zu Bogenstrom der Lampe definiert, während inkrementale Impedanz die Änderung der Bogenbrennspannung ist, die sich aus einer kleinen Änderung des Bogenstroms bei einem bestimmten Bogenstrom ergibt. Das Vorhandensein einer negativen inkrementalen Impedanz ist für alle Leuchtstofflampen charakteristisch, so dass ein Anstieg des Bogenstroms eine resultierende Abnahme der Bogenbrennspannung bewirkt.
Kompaktleuchtstofflampen weisen dagegen eine viel größere negative inkrementale Impedanzcharakteristik und einen viel größeren Anstieg der Lampenimpedanz beim Abblenden auf, so dass sie eine entsprechend größere Impedanz von dem Resonanzkreis erfordern, um auf niedrigen Lichtstufen richtig zu funktionieren. Wenn parallel belastete Resonanzkreiskomponenten für den richtigen Betrieb von Kompaktlampen auf niedrigen Lichtstufen bemessen werden, ist daher die Lampenimpedanz bei voller Lichtabgabe niedrig genug, um den Schaltkreis so stark zu dämpfen, dass er keine weiteren Resonanzeffekte aufzeigt. Im Wesentlichen wirkt der Resonanzkreis dann bei voller Lichtabgabe wie ein einfaches Seriendrosselvorschaltgerät. Dies schadet dem Betrieb der Lampe nicht, es stellt aber eine zusätzliche Einschränkung bereit, die bei der Auswahl der in den Resonanzkreiskomponenten verwendeten Werte berücksichtigt werden muss. Der Induktorwert kann nicht mehr frei gewählt werden, sondern muss entworfen werden, um den richtigen Strom für die volle Lichtabgabe fließen zu lassen, wenn der Inverter auf seinem Punkt maximaler Ausgabe, der einem Auslastungsgrad von 50% entspricht, läuft. Wenn der Induktorwert durch die Stromerfordernisse für die volle Abgabe festgesetzt ist, wird der Kondensatorwert dann ebenfalls durch die Betriebsfrequenz bestimmt, so dass die Impedanz des Resonanzkreises gleichermaßen festgesetzt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Impedanz nicht ausreicht, um einen stabilen Betrieb von Kompaktleuchtstofflampen auf niedrigen Lichtstufen in einem Vorschaltgerät, bei dem nur der Auslastungsgrad variiert wird, um eine Abblendsteuerung bereitzustellen, zuzulassen. Wenn Resonanzkreiswerte gewählt werden, die die Lampe bei Lichtstufen am unteren Ende richtig betreiben, wird das Vorschaltgerät bei einem derartigen System nicht in der Lage sein, den benötigten Strom zu liefern, um die Lampe ihre volle Lichtabgabe erzielen zu lassen, und wenn die Werte bemessen werden, um das Erreichen der vollen Lichtabgabe zuzulassen, reicht die Ausgangsimpedanz des Resonanzkreises nicht aus, um den stabilen Betrieb der Lampe auf niedrigen Lichtstufen zuzulassen.
Auf dem Stand der Technik ist es wohl bekannt, die Lichtabgabestufe von Leuchtstofflampen eher durch das Ändern der Frequenz des Vorschaltgerätbetriebs als das des Auslastungsgrads zu steuern. Dies kann entweder mit resonanten oder nicht resonanten Ausgangsschaltungen des Vorschaltgeräts erfolgen, es wird aber meistens mit Resonanztechniken erzielt. In einer Variation dieses Ansatzes weist das Vorschaltgerät einen Serien belasteten Ausgangsresonanzkreis auf, der geringfügig oberhalb Resonanz läuft, wenn die Lampe auf voller Lichtabgabe steht, und weit oberhalb Resonanz, wenn die Lampe auf minimaler Lichtabgabe steht. Um die Lampe abzublenden, wird die Frequenz nach oberhalb der Resonanz versetzt, und der Serienresonanzkreis wirkt dann viel mehr wie ein Induktor. Dieses Modell ist für Kompaktleuchtstofflampen oder Hochleistungsabblenden nicht geeignet, da das Fehlen von Resonanz auf niedrigen Lichtstufen bedeutet, dass die Ausgangsimpedanz nicht ausreicht, um einen stabilen Betrieb der Lampe zuzulassen. Es kann ebenfalls in Hinsicht auf elektromagnetische Beeinflussung (EMB) problematisch sein, da die breite Variation der Frequenz, die zum Durchführen des Abblendens auf diese Weise benötigt wird, den Entwurf eines geeigneten EMB-Filters erschwert.
Die Verwendung von parallel belasteten Ausgangsschaltkreisen ist auf dem Stand der Vorschaltgerätetechnik ebenfalls bekannt. Der Zessionar der vorliegenden Anmeldung verkauft ein Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen, das einen Entwurf mit festgesetzter Frequenz und variablem Auslastungsgrad inkorporiert, und ein anderes Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen, das einen Entwurf mit variabler Frequenz und festgesetztem Auslastungsgrad inkorporiert. Sowohl Energy Savings Inc. aus Schaumburg, Illinois, als auch Advance Transformer aus Chicago, Illinois, vertreiben ein Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen mit festgesetztem Auslastungsgrad und variabler Frequenz. Jedoch ist keines dieser Modelle zum Abblenden von Kompaktleuchtstofflampen geeignet. Der Entwurf mit festgesetzter Frequenz und variablem Auslastungsgrad, der von dem Zessionar der vorliegenden Anmeldung verkauft wird, weist die oben aufgeführten Probleme auf, während das ESI-Vorschaltgerät und das Vorschaltgerätmodell von Advance Transformer unter den EMB-Schwierigkeiten leiden, die jedem Modell, das allein auf einer Frequenzvariation zur Abblendsteuerung beruht, innewohnt.
US-A 4,651,060, auf dem der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, und US-A 4,700,111 beschreiben jeweils ein Abblend-Vorschaltgerät, bei dem die Lichtstufe durch das Variieren des Auslastungsgrads einer frequenzstarren Stromversorgung gesteuert wird. Außerdem sind eine Start- und eine Betriebsfrequenz in US-A 4,700,111 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen bereit, das bei Gebrauch angeordnet ist, um eine Leuchtstofflampe mit einem Bogenstrom von mindestens einer steuerbar leitfähigen Vorrichtung, die einen zum Einstellen der Lichtabgabe der Lampe über einen Bereich von Lichtabgaben der Lampe steuerbaren Auslastungsgrad und eine Betriebsfrequenz aufweist, zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsauslastungsgrad und die Betriebsfrequenz der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung unabhängig steuerbar sind, um die Lichtabgabe der Lampe über einen Bereich von Lichtabgaben der Lampe von minimal auf maximal einzustellen.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren des auswählbaren Steuerns der Lichtabgabe einer Leuchtstofflampe unter Verwendung einer Umkehrschaltung bereit, die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung aufweist, um die Leuchtstofflampe mit einem ausgewählten Bogenstrom zu versorgen, um eine gewünschte Lichtabgabe von der Leuchtstofflampe zu erzielen, die von einer minimalen Lichtabgabe zu einer maximalen Lichtabgabe reicht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erzeugen eines Abblendsignals, das von einem Zustand, der einer minimalen Lichtabgabe der Lampe entspricht, zu einem Zustand, der einer maximalen Lichtabgabe der Lampe entspricht, variabel ist, Erzeugen eines Steuersignals, das das Abblendsignal darstellt, Erzeugen eines Wechselstrom-Oszillatorsignals mit einer durch das Steuersignal bestimmten Frequenz und Erzeugen eines Betriebsauslastungsgrads für die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung bei der Frequenz des Wechselstrom-Oszillatorsignals, wobei der Auslastungsgrad durch das Steuersignal bestimmt wird, wodurch die Betriebsfrequenz und der Betriebsauslastungsgrad der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung über den Bereich von Abblendsignalen, der vom Zustand, der der minimalen Lichtabgabe entspricht, bis zur maximalen Lichtabgabe variabel ist, unabhängig bestimmbar sind.
Ein parallel belasteter Ausgangsresonanzkreis und eine Kombination von Impulsweitenmodulation und Frequenzvariation können verwendet werden, um das Abblenden der Kompaktleuchtstofflampen durchzuführen. Es kann eine Kombination von variablem Auslastungsgrad und variabler Frequenzsteuerung bereitgestellt sein, so dass das Vorschaltgerät über einen ausgewählten Bereich von Lichtstufen auf einer festgesetzten Frequenz läuft, wobei die Abblendsteuerung über diesen Betriebsbereich vollständig mittels einer Variation des Auslastungsgrads erfolgt, und sich dann gleitend zu einer variablen Frequenz hinbewegt, wenn sich die Lichtabgabe aus dem ausgewählten Bereich bewegt, wobei die Variation sowohl des Auslastungsgrads als auch der Frequenz das Mittel zur Steuerung der Lampenlichtabgabe außerhalb des ausgewählten Bereichs sind. Somit kann, beispielsweise auf hohen Lichtstufen, die vom Gesichtspunkt des Aussetzens gegenüber EMB die entscheidendsten sind, das Vorschaltgerät im Wesentlichen eine Einheit mit festgesetzter Frequenz sein, und der Entwurf geeigneter EMB-Filtrierung ist daher relativ unkompliziert. Wenn sich die Lampe allmählich an die niedrigen Lichtstufen, bei denen die Ausgangsimpedanz entscheidend wird, annähert, kann die Frequenz dann höher (in Richtung der Resonanz) versetzt und die erforderliche Ausgangsimpedanz dadurch erzielt werden. Der zusätzliche Freiheitsgrad des Entwurfs, der durch die Variation der Frequenz eingeführt wird, lässt es zu, dass der Designer des Vorschaltgeräts sowohl die Kriterien für den vollen Lampenstrom als auch den Bedarf an einer richtigen Ausgangsimpedanz auf niedrigen Lichtstufen erfüllt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Technik besteht darin, dass der Betrieb der Inverterschaltvorrichtungen über den gesamten Abblend-Bereich hinweg in dem Nullspannungsschaltmodus gehalten werden kann. Wenn nur der Auslastungsgrad moduliert wird, laufen die Schaltvorrichtungen auf niedrigen Lichtstufen nicht im Nullspannungsschaltmodus, was zu gesteigerten Schaltenergieverlusten und zusätzlicher Hitze- und Schaltbeanspruchung in den Vorrichtungen selbst führt.
Das elektronische Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen kann eine Umkehrschaltung beinhalten, die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung aufweist, um eine Leuchtstofflampe mit einem ausgewählten Bogenstrom zu versorgen, um eine gewünschte Lichtabgabestufe von der Lampe, die von einer minimalen Lichtabgabe zu einer maximalen Lichtabgabe reicht, zu erzielen.
Beschreibung der Zeichnungen
Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung wird in den Zeichnungen eine Form gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt wird; jedoch versteht es sich, dass die Erfindung sich nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Instrumentalitäten beschränkt.
1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, das mit einer Lampe und einer Abblend-Steuerung in einem Schaltkreis verbunden ist.
2a und 2b zeigen die Wellenformen der Signale zum Vorschaltgerät für maximale bzw. minimale Lampenlichtabgabe.
3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaltschema eines Frequenzversatzschaltkreises, der in dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät verwendet wird.
5 ist ein Schaltschema eines Rückkopplungsschleifenschaltkreises, der in dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät verwendet wird.
6 zeigt einen Graphen des Auslastungsgrads über der prozentualen Lichtabgabe für eine Art von Vorschaltgerät gemäß dem Stand der Technik.
7 zeigt einen Graphen der Frequenz über der prozentualen Lichtabgabe des gleichen Vorschaltgeräts des Stands der Technik.
8 zeigt einen Graphen der Busspannung über der prozentualen Lichtabgabe des gleichen Vorschaltgeräts des Stands der Technik.
9 zeigt einen Graphen des Auslastungsgrads über der prozentualen Lichtabgabe für eine andere Art von Vorschaltgerät gemäß dem Stand der Technik.
10 zeigt einen Graphen der Frequenz über der prozentualen Lichtabgabe des anderen Vorschaltgeräts des Stands der Technik.
11 zeigt einen Graphen der Busspannung über der prozentualen Lichtabgabe des anderen Vorschaltgeräts des Stands der Technik.
12 zeigt einen Graphen des Auslastungsgrads über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt einen Graphen der Frequenz über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt einen Graphen der Busspannung über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt einen Graphen der Bogenbrennspannung über dem Bogenstrom für eine 32 Watt Osram/Sylvania-Kompaktleuchtstofflampe.
16 zeigt einen Graphen der Lichtabgabe über dem Bogenstrom für eine 32 Watt Osram/Sylvania-Kompaktleuchtstofflampe.
Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Vorschaltgerät 5 einer Kompaktleuchtstofflampe, das mit einer Lampe 7 durch Drähte 9 verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Vorschaltgerät 5 mit der Wechselstromquelle 1 und einem phasengesteuerten Wanddosen-Helligkeitsregler 3 in Reihe geschaltet. Es kann jedoch jede beliebige Art von Signal verwendet werden, um den Betrieb des Vorschaltgeräts zu steuern.
2a zeigt die Eingangsspannung/das Eingangssignal zum Vorschaltgerät 5 aus 1, wenn der Helligkeitsregler 3 auf eine maximale Lichtabgabe am hohen Ende festgelegt ist. Eine Zeitspanne nach jedem Nulldurchgang stellt sich die steuerbar leitfähige Vorrichtung, im Helligkeitsregler 3 typischerweise, zum Beispiel, ein Zweiwegthyristor oder zwei antiparallele Thyristoren an. Dies ist als Punkt T₂ gezeigt. Die Spannung steigt schnell auf die sofortige Netzspannung von Quelle 1 an und verfolgt die Netzspannung von Quelle 1 bis zum nächsten Nulldurchgang. Die Eingangsspannung/das Eingangssignal zum Vorschaltgerät verläuft an den Punkten T_A und T_B durch eine Schwellenspannung, vorzugsweise 60 V. Diese Punkte werden von einem Phasen-Gleichstromwandler verwendet, um die erwünschte Lichtstufe (siehe unten) einzurichten. Der Punkt T_B ist anstelle des nächsten Nulldurchgangs gewählt, um das um den Nulldurchgang erzeugte Rauschen zu vermeiden.
2b zeigt die Eingangsspannung/das Eingangssignal in das Vorschaltgerät 5 aus 1, wenn der Helligkeitsregler 3 auf eine minimale Lichtabgabe am unteren Ende festgelegt ist. Die steuerbar leitfähige Vorrichtung (vorzugsweise ein Zweiwegthyristor) stellt sich an einem Punkt T₃ an. Das Anstellen des Zweiwegthyristors in dem Helligkeitsregler 3 kann an einer beliebigen Stelle zwischen den beiden Extrempunkten T₂ und T₃ auftreten, um den vollen Abblend-Bereich zu erzielen.
3 zeigt ein Blockschaltbild des Vorschaltgeräts der vorliegenden Erfindung, das mit einer Lampe 7 verbunden ist.
Der Funkstörungs-Schaltkreis 201 stellt die Unterdrückung der leitungsgeführten Gleichtakt- und Gegentakt-Störspannung auf eine herkömmliche Weise bereit.
Der Schaltkreis des Phasen-Gleichstromwandler-Schaltkreises 203 führt die Eingangsspannung/das Eingangssignal zum Vorschaltgerät, was eine Standardphasensteuerspannung ist, und vergleicht sie mit der Schwellenspannung, um ein moduliertes Auslastungsgradsignal von null bis fünf Volt zu erhalten. Dieses Signal wird dann filtriert, um proportional zu dem Phasensteuereingang eine Gleichspannung zu erhalten, die das Steuerungsbezugssignal für die Rückkopplungsschleife ist. Diese Gleichspannung variiert vorzugsweise zwischen 0,7 V und 2,2 V und ist die Gleichstromsteuerungsstufe.
Der Vorfeldsteuerkreis 205 ist der Steuerkreis für einen Standardaufwärtswandler, gezeigt als Aufwärtsinduktor L1, Aufwärtsdiode D40 und Aufwärtsschalter Q40. Der Aufwärtssteuerkreis moduliert das Schalten in Q40, um die Busspannung über C11 und C12 auf 460 V Gleichspannung zu halten. Dieser Stromkreis enthält auch den Oszillator, der in dem gesamten Vorschaltgerät verwendet wird.
Bevor eine Leuchtstofflampe entzündet werden kann, müssen die Kathoden ungefähr eine halbe Sekunde lang erhitzt werden. Der Vorheizkreis 207 modifiziert den Frequenzversatzschaltkreis 215, um die Oszillatorfrequenz auf 105 kHz zu erhöhen. Dies bewirkt, dass die Betriebsfrequenz derart ist, dass am Ausgang des Vorschaltgeräts genügend Spannung besteht, um die Kathoden der Lampe zu erhitzen, aber nicht genug, um die Lampe zu entzünden. Nach einer halben Sekunde gibt der Vorheizkreis den Frequenzversatzschaltkreis 215 frei.
Der Rückkopplungsschleifenschaltkreis 209 fühlt den Bogenstrom in der Lampe unter Verwendung von R116 ab und vergleicht ihn mit der Ausgangsspannung des Phasen-Gleichstromwandlers 203. Wenn es _ zwischen den beiden Signalen einen Unterschied gibt, modifiziert der Schaltkreis den Auslastungsgrad des Halbbrückeninverters (Q6 und Q7), um den Unterschied zu reduzieren. Dies ändert die Spannung in den Resonanztankkreis, der aus dem Resonanzinduktor L2 und den Resonanzkondensatoren C17, C18 und C19 besteht, und hält somit den Bogenstrom konstant.
Wenn eine Kompaktleuchtstofflampe nicht richtig gesteuert wird, kann am Ende ihrer Lebensdauer ein Schaden verursachendes Versagen auftreten. Der Schaltkreis 211 zum Schutz des Endes der Lebensdauer misst die Ausgangsspannung und filtriert sie, um herauszufinden, ob über der Lampe eine Gleichspannung besteht. Wenn zuviel Gleichspannung besteht, was das Ende der Lebensdauer der Lampe signalisiert, reduziert der Schaltkreis die Lichtstufe. Dies reduziert die Leistung der Lampe und lässt ein Ende der Lebensdauer zu, das keinen Schaden verursacht.
Ein Vorschaltgerät muss in der Lage sein, hohe Ausgangsspannungen zum Entzünden und Betreiben einer Kompaktleuchtstofflampe bereitzustellen, die aber nicht so hoch sind, dass sie das Vorschaltgerät schädigen. Der Überspannungsschutzschaltkreis 213 erfasst die Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts und stellt sicher, dass sie niemals hoch genug wird, um das Vorschaltgerät zu schädigen oder gefährlich zu werden.
Der Frequenzversatzschaltkreis 215 modifiziert die Betriebsfrequenz des Vorschaltgeräts. Wenn der Auslastungsgrad des Phasensteuereingangs in das Vorschaltgerät hoch ist, wird die Frequenz auf 48 kHz gehalten. Beim Reduzieren des Auslastungsgrads des Phasensteuereingangs erhöht der Frequenzversatzschaltkreis 215 die Oszillatorfrequenz, um die Ausgangsimpedanz des Vorschaltgeräts zu verbessern.
4 zeigt ein Schaltschema des Frequenzversatzschaltkreises 215. Die nominale Schwingungsfrequenz wird durch C1 und R7 festgelegt. Der Frequenzversatzschaltkreis 215 ändert die Frequenz des Oszillators, indem er einen Teil des Stroms, der zum Oszillatorkondensator (C1) gehen würde, auffängt. Da weniger Strom in den Kondensator C1 fließt, braucht er länger zum Aufladen, wodurch die Frequenz der Schwingung gesenkt wird.
V_ref = 5,0 V
Oszillatorfrequenz = 48 kHz bis 85 kHz
Pegel des Gleichspannungseingangs = 2,2 V bis 0,7 V
Der Widerstandsteiler R5, R6 legt eine Spannung von 0,5 V an dem Emitter von Transistor Q2 fest. Dies hält den Transistor Q2 in Abschaltung, bis V_B2 über 0,5 V + 0,7 V = 1,2 V ansteigt. Dies hält den Transistor Q2 davon ab, Strom vom Oszillator aufzufangen, wenn der Pegel des Gleichspannungseingangs unter 1 Volt Gleichspannung liegt (1 Volt Gleichspannung entspricht ungefähr 20% Lichtabgabe). Da der Transistor Q2 keinen Strom auffängt, bleibt der Oszillator auf 85 kHz. Wenn der Gleichspannungspegel gesteigert wird, erhöht der Widerstandsteiler R1, R2 V_B1. Der Transistor Q1 wirkt dann als Emitterfolger, so dass die Spannung V_B2 V_B1 folgt. Wenn die Spannung ansteigt, steigt der Strombetrag, den der Transistor Q2 auffängt, ebenfalls an und die Oszillatorfrequenz fällt. Der Widerstandsteiler R3, R4 ist festgelegt, um V_B2 bei der Spannung, die nötig ist, um die Frequenz auf 48 kHz zu bringen, anzuhalten. Der Transistor Q1 ist dann in Abschaltung, so dass V_B2 nicht weiter ansteigen kann und der Oszillator auf 48 kHz bleibt.
5 zeigt ein Schaltschema des Rückkopplungsschleifenschaltkreises 209. Der Rückkopplungsschleifenschaltkreis 209 misst den Strom durch die Lampe und vergleicht ihn mit einem Bezugsstrom, der zu dem Gleichspannungspegel aus dem Phasen-Gleichstromwandler 203 proportional ist. Dann stellt er den Auslastungsgrad der steuerbar leitfähigen Halbbrückeninverter-Vorrichtungen Q6 und Q7 ein, um den Lampenstrom konstant und proportional zum Bezugsstrom zu halten.
Durch die Lampe fließender Bogenstrom fließt durch den Widerstand R116 und die Dioden D1 und D2. Die Dioden richten den Strom gleich, so dass eine negative Spannung über dem Widerstand R116 produziert wird. Diese Spannung wird durch den Widerstand R9 und den Kondensator C4 filtriert und produziert einen Strom I₁ im Widerstand R10. Der Gleichspannungssteuerpegel aus dem Phasen-Gleichstromwandler 203 bewirkt, dass ein Strom I₂ in R11 fließt. Der Funktionsverstärker, der vorzugsweise ein LM358 ist, und der Kondensator C5 integrieren den Unterschied zwischen I₁ und I₂. Wenn I₁ größer als I₂ ist, wird V₁ allmählich ansteigen; wenn er weniger ist, wird V₁ fallen. V₁ wird dann von einem Komparator, der vorzugsweise ein LM339 ist, mit der Oszillatorspannung verglichen. Dies schafft eine Spannungswellenform bei V₂, die eine Auslastungsgrad modulierte Rechteckwelle ist. Wenn V₂ hoch ist, stellt der Treiberschaltkreis, vorzugsweise ein IR2111, den oberen Schalter Q6 des Inverters an. Wenn V₂ niedrig ist, stellt der Steuerkreis den unteren Schalter Q7 des Inverters an. Durch das Variieren des Auslastungsgrads von 0% auf 50% können die Spannung, die in den Resonanzkreis des Induktors L2 geht, und die Kondensatoren C17, C18 und C19 gesteuert werden, und somit kann die Spannung über der Lampe gesteuert werden. Der Kondensator C17 hält die Gleichspannung davon ab, über dem Induktor L2 zu erscheinen, so dass der Induktor L2 nicht gesättigt wird. Wenn der Bogenstrom zu niedrig ist, mit anderen Worten, I₂ > I₁, wird V₁ abnehmen und der Auslastungsgrad bei V₂ wird sich steigern. Die Spannung bei V₃ wird sich steigern, und die Spannung über der Lampe ebenfalls, wodurch der Bogenstrom zurück auf die gewünschte Stufe erhöht wird.
6 zeigt einen Graphen des Auslastungsgrads über der prozentualen Lichtabgabe für ein Vorschaltgerät Modell REZ1T32 von Advance Transformer. Der Auslastungsgrad bleibt über den gesamten Abblend-Bereich hinweg konstant. Dieses Produkt weist eine Lichtabgabe am unteren Ende auf, die ungefähr 5% der maximalen Lichtabgabe beträgt.
7 zeigt einen Graphen der Frequenz über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät von Advance Transformer. Die Frequenz nimmt von ungefähr 81 kHz am unteren Ende der Lichtabgabe auf ungefähr 48,5 kHz am oberen Ende der Lichtabgabe ab. Aus dieser Figur wird ersichtlich, dass der Entwurf eines geeigneten EMB-Filters aufgrund des Variierens der Frequenz bei hohen Lichtstufen, zwischen 80% und 100%, viel komplizierter wird. Die Frequenz variiert im Wesentlichen linear von ungefähr 48,5 kHz bei 100% Lichtabgabe bis ungefähr 81 kHz bei 5% Lichtabgabe.
8 zeigt einen Graphen der Busspannung über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät von Advance Transformer. Die Busspannung ist die Spannung über dem Inverter. Die Busspannung bleibt über den Abblend-Bereich hinweg konstant.
9 zeigt einen Graphen des Auslastungsgrads über der prozentualen Lichtabgabe für ein Vorschaltgerät Modell ES-Z-T8-32-120-A-Dim-E von Energy Savings Inc. Der Auslastungsgrad bleibt über den gesamten Abblend-Bereich hinweg konstant. Dieses Produkt weist eine Lichtabgabe am unteren Ende auf, die ungefähr 10% der maximalen Lichtabgabe beträgt.
10 zeigt einen Graphen der Frequenz über der prozentualen Lichtabgabe des Vorschaltgeräts von Energy Savings Inc. Die Frequenz nimmt von ungefähr 66,4 kHz am unteren Ende der Lichtabgabe auf ungefähr 43 kHz am oberen Ende der Lichtabgabe ab. Aus dieser Figur wird ersichtlich, dass der Entwurf eines geeigneten EMB-Filters aufgrund des Variierens der Frequenz bei hohen Lichtstufen, zwischen 80% und 100%, viel komplizierter wird. Die Frequenz variiert im Wesentlichen linear von ungefähr 43 kHz bei 100% Lichtabgabe bis ungefähr 66,43 kHz bei 10% Lichtabgabe.
11 zeigt einen Graphen der Busspannung über der prozentualen Lichtabgabe des Vorschaltgeräts von Energy Savings Inc. Die Busspannung steigert sich von der Lichtabgabe am unteren Ende bis zur Lichtabgabe am oberen Ende.
12 zeigt einen Graphen des Auslastungsgrads über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung. Der Auslastungsgrad steigert sich von der Lichtabgabe am unteren Ende bis zur Lichtabgabe am oberen Ende. Dieses Vorschaltgerät stellt eine Lichtabgabe am unteren Ende von ungefähr 5% der maximalen Lichtabgabe bereit. Aus 12 wird ersichtlich, dass der Auslastungsgrad der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen maximalen Wert von ungefähr 35% bei der Lichtabgabe am oberen Ende aufweist. Dieser Wert wurde gewählt, um Spielraum für die Einstellung des Auslastungsgrads zuzulassen, ohne den Auslastungsgrad auf über 50% zu steigern. Das Vorschaltgerät versucht, einen konstanten Bogenstrom aufrecht zu erhalten, indem es den Auslastungsgrad einstellt. Dies geschieht, um für Variationen der Lampencharakteristiken zwischen einzelnen Herstellern und für den Fall von Spannungsabfällen in der Eingangsleitung zu kompensieren. Der Auslastungsgrad der bevorzugten Ausführungsform weist einen minimalen Auslastungsgrad von ungefähr 10% auf.
13 zeigt einen Graphen der Frequenz über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Erfindung ist die Lampenabgabefrequenz von 100% Licht bis ungefähr 80% Licht konstant. Der Wert der Frequenz ist vorzugsweise 48 kHz. Die Frequenz ändert sich ungefähr linear von ungefähr 80 Lichtabgabe bis zu ungefähr 20% Lichtabgabe. Die Frequenz bleibt dann von ungefähr 20% Lichtabgabe bis zum unteren Ende von ungefähr 5 Lichtabgabe konstant. Der Wert der Frequenz ist vorzugsweise 85 kHz bei der Lichtabgabe am unteren Ende. Der Wert von 85 kHz wurde so gewählt, dass das Vorschaltgerät auf der Resonanzfrequenz des parallel belasteten Resonanzkreises liegt, wodurch das Vorschaltgerät die maximale Ausgangsimpedanz zum Betreiben der Lampen aufweist. Der Punkt 20% wurde gewählt, so dass, wenn die Lampe ihren Punkt maximaler negativer inkrementaler Impedanz erreicht, in 15 als Punkt 101 gezeigt, das Vorschaltgerät eine ausreichende Ausgangsimpedanz aufweist, um die Lampe bei der Abgabe am unteren Ende richtig zu betreiben. Aus 13 wird ersichtlich, dass der Entwurt eines geeigneten EMB-Filters sehr vereinfacht ist, da die Frequenz bei Lichtstufen am oberen Ende, zwischen 80% und 100%, konstant bleibt.
Aus 13 ist ebenfalls ersichtlich, dass die Frequenz bei Lichtabgabestufen oberhalb von ungefähr 45% innerhalb eines Bereichs, der durch die obere (unterbrochene) Kurve und die untere (durchgezogene) Kurve veranschaulicht ist, liegen kann. Die genaue Frequenz kann geringfügig variieren, in Abhängigkeit von Schaltkreiskomponentenwerten und -toleranzen, und derartige Variationen liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt einen Graphen der Busspannung über der prozentualen Lichtabgabe für das Vorschaltgerät der vorliegenden Erfindung. Die Busspannung bleibt über den gesamten Abblend-Bereich hinweg konstant.
15 zeigt einen Graphen der Bogenbrennspannung über dem Bogenstrom für eine 32 Watt Osram/Sylvania-Kompaktleuchtstofflampe. Der Graph für diese Lampe zeigt den Punkt maximaler Lampenimpedanz als Punkt 101. Dies entspricht einem Bogenstrom von ungefähr 25 mA. Andere Lampen würden ähnliche Charakteristiken, aber unterschiedliche Werte, aufweisen.
16 zeigt einen Graphen der Lichtabgabe über dem Bogenstrom. An dem Punkt maximaler Lampenimpedanz (25 mA) beträgt die Lichtabgabe ungefähr 7000 cd/m², was ungefähr 12% der maximalen Lichtabgabe (7000/60.0000 cd/m²) für die gezeigte Lampe beträgt. Der Wert der Lichtabgabe, bei dem die Frequenz auf einen konstanten Wert zurückkehrt, wurde als 20% gewählt (wie in 13 gezeigt), um sicherzustellen, dass die Frequenz den Wert erreicht hat, der die maximale Ausgangsimpedanz bereitstellt, bevor die Lampe den Punkt maximaler negativer inkrementaler Impedanz erreicht. Die prozentuale Lichtabgabe, bei der die Lampe die maximale Impedanz erreicht, variiert zwischen einzelnen Herstellern und mitunter zwischen den einzelnen Lampen.

Claims

Ein elektronisches Abblend-Vorschaltgerät (5) für Leuchtstofflampen, das bei Gebrauch angeordnet ist, um eine Leuchtstofflampe (7) mit einem Bogenstrom von mindestens einer steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7), die einen zum Einstellen der Lichtabgabe der Lampe über einen Bereich von Lichtabgaben der Lampe steuerbaren Auslastungsgrad und eine Betriebsfrequenz aufweist, zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsauslastungsgrad und die Betriebsfrequenz der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7) unabhängig steuerbar sind, um die Lichtabgabe der Lampe (7) über einen Bereich von Lichtabgaben der Lampe von minimal auf maximal einzustellen.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät (5) für Leuchtstofflampen gemäß Anspruch 1, das Folgendes beinhaltet: einen ersten Schaltkreis (203) zum Empfangen eines Abblendsignals, das Informationen enthält, die eine gewünschte Lichtstufe darstellen, und zum Erzeugen eines Steuersignals, das die gewünschte Lichtstufe darstellt.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen gemäß Anspruch 2, wobei der erste Schaltkreis (203) angeordnet ist, um ein Abblendsignal mit einem variablen Auslastungsgrad zu empfangen und das Steuersignal zu erzeugen.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen gemäß Anspruch 3, das einen Abblendsteuerkreis beinhaltet, der das Abblendsignal von variablem Auslastungsgrad, das über einen Bereich von Auslastungsgraden von einem minimalen Auslastungsgrad, der einer minimalen Lichtabgabe der Lampe (7) entspricht, zu einem maximalen Auslastungsgrad, der einer maximalen Lichtabgabe der Lampe (7) entspricht, variabel ist, erzeugt.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das Folgendes beinhaltet: einen zweiten Schaltkreis (205), der auf ein Signal anspricht, das die gewünschte Lichtabgabestufe darstellt, und der ein Wechselstrom-Oszillatorsignal mit einer durch das Abblendsignal bestimmten Frequenz erzeugt, und einen dritten Steuerkreis (209), der auf das Abblendsignal zum Schaffen eines Betriebsauslastungsgrads für die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung (Q6, Q7) auf der Frequenz des Wechselstrom-Oszillatorsignals anspricht, wobei der Auslastungsgrad durch das Abblendsignal bestimmt wird, wodurch die Betriebsfrequenz und der Betriebsauslastungsgrad der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7) über einen Bereich von gewünschten Lichtabgabestufen der Lampe unabhängig bestimmbar sind.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebsauslastungsgrad der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7) über den Bereich von gewünschten Lichtstufen von der minimalen Lichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe variabel (209) ist, und die Betriebsfrequenz der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen von der minimalen Lichtabgabe bis zu einer Lichtabgabe zwischen der minimalen Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe variabel (205) ist und über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen von der Zwischenlichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe im Wesentlichen konstant ist.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Betriebsauslastungsgrad der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7) über den Bereich von gewünschten Lichtstufen von der minimalen Lichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe variabel (209) ist, und die Betriebsfrequenz der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen von der minimalen Lichtabgabe bis zu einer Lichtabgabe zwischen der minimalen Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe im Wesentlichen konstant ist und über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen über der Zwischenlichtabgabe variabel (205) ist.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Betriebsauslastungsgrad der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7) über den Bereich von gewünschten Lichtstufen von der minimalen Lichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe variabel (209) ist, und die Betriebsfrequenz der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen von der minimalen Lichtabgabe bis zu einer ersten Lichtabgabe zwischen der minimalen Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe im Wesentlichen konstant ist, über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen von der ersten Lichtabgabe bis zur zweiten Lichtabgabe zwischen der ersten Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe variabel (205) ist und über einen Bereich von gewünschten Lichtstufen von der zweiten Lichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe im Wesentlichen konstant ist.
Elektronisches Abblend-Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen (7) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Umkehrschaltung aufweist, welche die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung (Q6, Q7) beinhaltet.
Ein Verfahren des auswählbaren Steuerns der Lichtabgabe einer Leuchtstofflampe unter Verwendung einer Umkehrschaltung, die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung (Q6, Q7) aufweist, um die Leuchtstofflampe mit einem ausgewählten Bogenstrom zu versorgen, um eine gewünschte Lichtabgabe von der Leuchtstofflampe zu erzielen, die von einer minimalen Lichtabgabe zu einer maximalen Lichtabgabe reicht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erzeugen eines Abblendsignals, das von einem Zustand, der einer minimalen Lichtabgabe der Lampe entspricht, zu einem Zustand, der einer maximalen Lichtabgabe der Lampe entspricht, variabel ist, Erzeugen (203) eines Steuersignals, das das Abblendsignal darstellt, Erzeugen (205) eines Wechselstrom-Oszillatorsignals mit einer durch das Steuersignal bestimmten Frequenz, und Erzeugen (209) eines Betriebsauslastungsgrads für die mindestens eine steuerbar leitfähige Vorrichtung (Q6, Q7) auf der Frequenz des Wechselstrom-Oszillatorsignals, wobei der Auslastungsgrad durch das Steuersignal bestimmt wird, wodurch die Betriebsfrequenz und der Betriebsauslastungsgrad der mindestens einen steuerbar leitfähigen Vorrichtung (Q6, Q7) über den Bereich von Abblendsignalen, der vom Zustand, der der minimalen Lichtabgabe entspricht, bis zur maximalen Lichtabgabe variabel ist, unabhängig bestimmbar sind.
Verfahren des auswählbaren Steuerns der Lichtabgabe einer Leuchtstofflampe gemäß Anspruch 10, wobei der Auslastungsgrad des Abblendsignals über einen Bereich von Auslastungsgraden von einem minimalen Auslastungsgrad, der einer minimalen Lichtabgabe der Lampe (7) entspricht, zu einem maximalen Auslastungsgrad, der einer maximalen Lichtabgabe der Lampe (7) entspricht, variabel (209) ist.
Verfahren des auswählbaren Steuerns der Lichtabgabe einer Leuchtstofflampe gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei der Schritt des Erzeugens (205) des Wechselstrom-Oszillatorsignals das Variieren der Frequenz des Wechselstrom-Oszillatorsignals für Zustände des Abblendsignals, die der minimalen Lichtabgabe bis zu einer Lichtabgabe zwischen der minimalen Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe entsprechen, sowie das im Wesentlichen Konstanthalten der Frequenz für Zustände des Abblendsignals, die der Zwischenlichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe entsprechen, beinhaltet.
Verfahren des auswählbaren Steuerns der Lichtabgabe einer Leuchtstofflampe gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei der Schritt des Erzeugens des Wechselstrom-Oszillatorsignals das im Wesentlichen Konstanthalten der Frequenz des Wechselstrom-Oszillatorsignals für Zustände des Abblendsignals, die der minimalen Lichtabgabe bis zu einer Lichtabgabe zwischen der minimalen Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe entsprechen, sowie das Variieren der Frequenz für Zustände des Abblendsignals, die einem Bereich von Lichtabgaben über der Zwischenlichtabgabe entsprechen, beinhaltet.
Verfahren des auswählbaren Steuerns der Lichtabgabe einer Leuchtstofflampe gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei der Schritt des Erzeugens (205) des Wechselstrom-Oszillatorsignals das im Wesentlichen Konstanthalten der Frequenz des Wechselstrom-Oszillatorsignals für Zustände des Abblendsignals, die der minimalen Lichtabgabe bis zu einer ersten Lichtabgabe zwischen der minimalen Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe entsprechen, das Variieren der Frequenz für Zustände des Abblendsignals, die der ersten Lichtabgabe bis zu einer zweiten Lichtabgabe zwischen der ersten Lichtabgabe und der maximalen Lichtabgabe entsprechen, sowie das im Wesentlichen Konstanthalten der Frequenz für Zustände des Abblendsignals, die der zweiten Lichtabgabe bis zur maximalen Lichtabgabe entsprechen, beinhaltet.