DE102005049583A1

DE102005049583A1 - Elektronisches Vorschaltgerät und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Lampe

Info

Publication number: DE102005049583A1
Application number: DE102005049583A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schemmel; Kay Dr. Schmidtmann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-19
Also published as: EP1938670A1; CA2625335A1; EP1938670B1; EP1938670B8; US20090267518A1; US7863830B2; KR20080067350A; KR101313130B1; WO2007045604A1; CN101288346B; ATE520287T1; CN101288346A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben einer elektrischen Lampe (2), welche eine erste (21) und eine zweiten Lampenwendel (22) aufweist, wobei die Lampenwendeln (21, 22) zum Heizen während einer Vorheizphase der elektrischen Lampe (2) mit einer Heizschaltung (3) elektrisch verbunden sind, wobei die Heizschaltung (3) derart ausgebildet ist, dass der von dieser Heizschaltung (3) in einer Betriebsphase der elektrischen Lampe (2) erzeugte Heizstrom mit einem Wert zwischen 20% und 60% des Lampenstroms der elektrischen Lampe (2) dimensionierbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Lampe mit einem elektronischen Vorschaltgerät.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben einer elektrischen Lampe, welche eine erste und eine zweite Lampenwendel aufweist, wobei die Lampenwendeln zum Heizen während einer Vorheizphase der elektrischen Lampe mit einer Heizschaltung des elektronischen Vorschaltgeräts elektrisch verbunden sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Lampe mit einem derartigen elektronischen Vorschaltgerät.
Stand der Technik
Elektrische Lampen sind in vielfältiger Ausgestaltung und unterschiedlichen Typs bekannt. So sind auch aufgrund dieser Unterschiedlichkeit eine Vielzahl von unterschiedlichen elektronischen Vorschaltgeräten bekannt. Die Vielzahl an unterschiedlichen elektrischen Lampen, wie Gasentladungslampen, beispielsweise Niederdruckentladungslampen, erfordern unterschiedliche Betriebsbedingungen und daher auch unterschiedliche elektronische Vorschaltgeräte.

Eine ebenfalls bereits bekannte elektrische Lampe ist die Amalgam-Leuchtstofflampe. Diese weist einen Vorteil dahingehend auf, dass in einem großen Temperaturbereich der Lichtstrom über 90% liegt. Dieser positive Effekt der Amalgam-Leuchtstofflampen, welcher je nach Aufbau dieser Lampe mehr oder weniger auftreten kann, kann durch eine Heizschaltung zum Heizen der Lampenwendeln dieser Lampe in einer Betriebsphase stark reduziert werden. Diese Heizschaltung ist in dem elektronischen Vorschaltgerät, mit dem die entsprechende elektrische Lampe betrieben wird, angeordnet. Durch eine derartige Heizschaltung, welche in der Betriebsphase einen ne gativen Einfluss auf den Lichtstrom der Amalgam-Leuchtstofflampe aufweist, wird der Lichtstrom derartiger Amalgam-Leuchtstofflampen im oberen Temperaturbereich deutlich früher reduziert wird, als bei einem als Referenz betrachteten elektronischen Vorschaltgerät.

Um diese negative Beeinflussung durch die Heizschaltung zum Heizen der Lampenwendeln reduzieren zu können, sind während der Betriebsphase abschaltbare Heizschaltungen bekannt, welche jedoch nur durch eine sehr aufwändige und somit auch kostenintensive Lösung realisiert werden können.

Bisher konnte der vollständig positive Effekt bei Amalgam-Leuchtstofflampen nur dann ausgenützt werden, wenn das elektronische Vorschaltgerät während der Betriebsphase der elektrischen Lampe keinen zusätzlichen Heizstrom durch die Lampenwendeln schickt; d. h. die Heizschaltung (Vorheizung) ist in der Betriebsphase der elektrischen Lampe vollständig abgeschaltet. Die bereits oben erwähnte aufwändige Schaltungskonzeptionierung dafür erfordert eine aufwändige Zusatzschaltung mit abschaltbarem Heizkreis. Dazu ist es im Allgemeinen erforderlich, einen eigenen Heiztransformator zu verwenden, der über ein schaltbares Element ein- und ausgeschaltet werden kann.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein elektronisches Vorschaltgerät zu schaffen, bei dem der negative Einfluss einer Heizschaltung zum Heizen von Lampenwendeln einer elektrischen Lampe in der Betriebsphase der elektrischen Lampe zumindest reduziert werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe, den oben genannten Nachteil bei Amalgam-Leuchtstofflampen zumindest reduzieren zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein elektronischen Vorschaltgerät, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 11 aufweist, gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät zum Betreiben einer elektrischen Lampe umfasst eine Heizschaltung, welche zum Heizen von Lampenwendeln der elektrischen Lampe während einer Vorheizphase ausgebildet ist. Die Lampenwendeln sind mit der Heizschaltung elektrisch verbunden. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Heizschaltung derart ausgebildet ist, dass der von dieser Heizschaltung in einer Betriebsphase der elektrischen Lampe erzeugte Heizstrom mit einem Wert zwischen 20% und 60% des Lampenstroms der elektrischen Lampe dimensionierbar ist. Die Betriebsphase folgt zeitlich der Vorheizphase und der Zündung der elektrischen Lampe. Durch die Reduzierung des Heizstroms auf einen Bruchteil des Lampenstroms in der Betriebsphase der elektrischen Lampe kann erreicht werden, dass ein sehr hoher Lichtstrom auch bei relativ hohen Temperaturen, welche in der Betriebsphase der elektrischen Lampe auftreten, bereitgestellt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät ist es somit nicht mehr erforderlich, die Heizschaltung während der Betriebsphase der elektrischen Lampe vollständig abzuschalten und daher ist es auch nicht mehr erforderlich, eine aufwändige Schaltungskonzeptionierung dafür bereitstellen zu müssen. Indem der Heizstrom im Vergleich zur Vorheizphase während der Betriebsphase deutlich reduziert wird und anteilsmäßig in dem Bereich zwischen 20% und 60% des Lampenstroms eingestellt wird, kann der Erzielung eines relativ hohen Lichtstroms über einen großen Temperaturbereich während der Betriebsphase der elektrischen Lampe Rechnung getragen werden. Bevorzugt ist die Heizschaltung derart ausgebildet, dass sie in einer Vorheizphase einen Resonanzzustand aufweist, welcher für höhere Heizströme sorgt, wobei die hohen Heizströme in einer Betriebsphase reduziert werden. Die Heizschaltung weist dann in der Betriebsphase keinen Resonanzzustand mehr auf.

In bevorzugter Weise ist der von der Heizschaltung in der Betriebsphase der elektrischen Lampe erzeugte Heizstrom mit einem Wert zwischen 33% und 53% des Lampenstroms der elektrischen Lampe dimensionierbar. In vorteilhafter Weise liegt der in der Betriebsphase einstellbare Wert zwischen 37% und 48% des Lampenstroms der elektrischen Lampe. Diese Verkleinerungen der genannten Intervalle ermöglichen eine nochmalige Verbesserung im Hinblick auf ein möglichst hohes Erreichen eines Lichtstroms mit geringem Schaltungsaufwand.

In vorteilhafter Weise weist die Heizschaltung eine erste Induktivität als Lampendrossel und eine erste und eine zweite Zusatzinduktivität auf, wobei die erste Zusatzinduktivität mit einem ersten Ende der ersten Lampenwendel und die zweite Zusatzinduktivität mit einem ersten Ende der zweiten Lampenwendel elektrisch verbunden ist.

In vorteilhafter Weise ist zumindest zwischen der ersten Zusatzinduktivität und dem ersten Ende der ersten Lampenwendel eine Resonanzschaltung geschaltet. In bevorzugter Weise weist die Resonanzschaltung bei einzustellenden Betriebsbedingungen in einer Vorheizphase der elektrischen Lampe im Wesentlichen einen Resonanzzustand auf. Die Resonanzschaltung weist bei einzustellenden Betriebsbedingungen in der Betriebsphase der elektrischen Lampe einen von der Vorheizphase unterschiedlichen Betriebszustand auf. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn in der Betriebsphase der elektrischen Lampe die Resonanzschaltung einen Nicht-Resonanzzustand aufweist. Dies bedeutet, dass lediglich in der Vorheizphase aufgrund des dort erreichten Resonanzzustands ein maximaler Heizstrom an die Lampenwendeln abgegeben werden kann. Beim Übergang von der Vorheizphase in die Betriebsphase bei dem auch die Betriebsfrequenz, welche in der Vorheizphase größer 70 kHz liegen kann, auf einen niedrigeren Wert reduziert wird, nimmt dann auch die Resonanzschaltung einen Betriebszustand ein, welcher fern vom Resonanzzustand ist. Dadurch wird der an die Lampenwendeln abgegebene Heizstrom deutlich reduziert.

Mit den einzustellenden Betriebsbedingungen sind die während der Vorheizphase und der Betriebsphase für einen ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb üblichen Betriebsbedingungen und die dazu erforderlichen Einstellungen bezeichnet und umfasst.

Während der Betriebsphase ist die Resonanzschaltung und somit auch die gesamte Heizschaltung außer Resonanz und der Einfluss auf den Lichtstrom der elektrischen Lampe bei hohen Temperaturen in der Betriebsphase kann deutlich reduziert, im optimalen Falle sogar verhindert werden.

Die Resonanzschaltung umfasst in bevorzugter Weise eine Heizinduktivität und einen Heizkondensator, welche in Reihe geschaltet sind. Bevorzugt ist es, wenn die Resonanzschaltung derart ausgebildet ist, dass zwischen den beiden Zusatzinduktivitäten und den entsprechenden Enden der Lampenwendeln jeweils eine Reihenschaltung aus einer Heizinduktivität und einem Heizkondensator geschaltet ist. In quasi symmetrischer Ausgestaltung sind somit jeweils an den ersten Enden der Lampenwendeln eine Reihenschaltung aus einem Heizkondensator und einer Heizinduktivität geschaltet. Die Heizschaltung kann somit in effektiver Weise in einer Vorheizphase und in einer Betriebsphase abgestimmt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die elektrische Lampe als Amalgam-Leuchtstofflampe ausgebildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung der elektrischen Lampe kann gerade hier der sehr positive Amalgam-Effekt (etwa 90% des Lichtstroms über einen großen Temperaturbereich) optimal genutzt werden und der negative Einfluss der Heizschaltung in der Betriebsphase deutlich reduziert werden.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Lampe mit einem elektronischen Vorschaltgerät, welches eine Heizschaltung zum Heizen von zumindest einer Lampenwendel der elektrischen Lampe aufweist, wird der Heizstrom der Heizschaltung während einer Betriebsphase der elektrische Lampe auf einen Wert zwischen 20% und 60% des Lampenstroms der elektrischen Lampe eingestellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des elektronischen Vorschaltgeräts sind, soweit übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät; und
2 eine Darstellung des Lichtstroms einer Amalgam-Leuchtstofflampe in Abhängigkeit der Temperatur.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät 1 zum Betreiben einer elektrischen Lampe 2, welche im Ausführungsbeispiel als Amalgam-Leuchstofflampe ausgebildet ist, gezeigt. Die elektrische Lampe 2 weist eine erste Lampenwendel 21 und eine zweite Lampenwendel 22 auf. Sowohl die erste Lampenwendel 21 als auch die zweite Lampenwendel 22 umfassen jeweils ein erstes Ende 21a bzw. 22a und ein zweites Ende 21b bzw. 22b.
Darüber hinaus weist das elektronische Vorschaltgerät 1 eine Heizschaltung 3 zum Heizen der beiden Lampenwendeln 21 und 22 während einer Vorheizphase der elektrischen Lampe 2 auf. Die Heizschaltung 3 ist sowohl mit der ersten Lampenwendel 21 als auch mit der zweiten Lampenwendel 22 elektrisch verbunden.
Wie in 1 dargestellt umfasst die Heizschaltung 3 eine Lampendrossel, welche als erste Induktivität 30 ausgebildet ist. Diese Induktivität 30 ist mit einem ersten Schaltungsknoten S1 elektrisch verbunden. Darüber hinaus umfasst die Heizschaltung 3 eine erste Zusatzinduktivität 31a und eine zweite Zusatzinduktivität 31b. Wie zu erkennen ist, ist die erste Zusatzinduktivität 31a ebenfalls mit dem ersten Schaltungsknoten S1 verbunden. Darüber hinaus ist die erste Zusatzinduktivität 31a in einen Schaltungszweig geschaltet, welcher mit dem ersten Ende 21a der ersten Lampenwendel 21 elektrisch kontaktiert ist.
Des Weiteren ist die zweite Zusatzinduktivität 31b mit einem zweiten Schaltungsknoten S2 verbunden und in einen Schaltungszweig geschaltet, welcher mit dem ersten Ende 22a der zweiten Lampenwendel 22 elektrisch kontaktiert ist.
Wie im Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist, umfasst die Heizschaltung 3 eine Resonanzschaltung 32a und 32b, wobei die Resonanzschaltung 32a zwischen der ersten Zusatzinduktivität 31a und dem ersten Ende 21a der ersten Lampenwendel 21 geschaltet ist. Die Resonanzschaltung 32a umfasst eine Heizinduktivität 321a und einen in Reihe dazu geschalteten Heizkondensator 322a. In analoger und symmetrischer Weise ist zwischen der zweiten Zusatzinduktivität 31b und dem ersten Ende 22a der zweiten Lampenwendel 22 eine entsprechende Resonanzschaltung 32b geschaltet, welche ebenfalls eine Heizinduktivität 321b und einen Heizkondensator 322b in einer Reihenschaltung aufweist. Im Ausführungsbeispiel sind die Schaltungen 32a und 32b als eine einzige gemeinsame Resonanzschaltung zu betrachten.
Wie des Weiteren aus der Darstellung in 1 zu erkennen ist, ist im Ausführungsbeispiel ein Resonanzkondensator 4 mit dem zweiten Ende 21b der ersten Lampenwendel 21 elektrisch kontaktiert. Des Weiteren ist ein Koppelkondensator 5 mit dem Resonanzkondensator 4 einerseits und mit dem zweiten Schaltungsknoten S2 andererseits elektrisch verbunden. Die Spannungsversorgung erfolgt über die Zwischenkreisspannung U_ZW. Die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung ist lediglich beispielhaft und kann in vielfältiger Weise ausgestaltet sein, um die Reduzierung des Heizstroms in der Betriebsphase im Vergleich zur Vorheizphase erreichen zu können.
Im Hinblick auf die Bereitstellung eines sehr hohen Lichtstroms über einen großen Temperaturbereich auch während der Betriebsphase der elektrischen Lampe 2 sind die Resonanzschaltungen 32a und 32b, insbesondere die physikalischen Parameter der Bauteile 321a, 322a und 321b, 322b dahingehend ausgelegt, dass in der Vorheizphase der elektrischen Lampe ein Resonanzzustand eingestellt wird und somit auch die Heizschaltung 3 im Wesentlichen in einem Resonanzzustand ist. Dadurch kann erreicht werden, dass ein sehr hoher Heizstrom an die beiden Lampenwendeln 21 und 22 abgegeben werden kann. Beim Übergang von der Vorheizphase in die Betriebsphase der elektrischen Lampe 2 wird die Betriebsfrequenz reduziert, wodurch die Resonanzschaltungen 32a und 32b den in der Vorheizphase eingenommenen Resonanzzustand verlassen und in einen von dem Resonanzzustand deutlich unterschiedlichen Betriebszustand übergehen. Dadurch wird die Abstimmung der Heizschaltung 3 derart verändert, dass in der Betriebphase ein deutlich reduzierter Strom an die Lampenwendeln 21 und 22 abgegeben wird. Die Heizschaltung 3 ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass während dieser Betriebsphase der von dieser Heizschaltung 3 erzeugte Heizstrom einen Wert aufweist, welcher anteilsmäßig zwischen 20% und 60% des Lampenstroms der elektrischen Lampe 2 ist. In bevorzugter Weise liegt dieser Wert zwischen 33% und 53% des Lampenstroms. In einer weiteren vorteilhafteren Ausgestaltung kann dieser Wert zwischen 37% und 48% des Lampenstroms liegen, wodurch bei jedem Intervall jeweils eine weitere Verbesserung dahingehend erreicht werden kann, dass ein sehr hoher Lichtstrom über einen großen Temperaturbereich bereitgestellt werden kann.
In 2 ist in schematischer Weise die Abhängigkeit des Lichtstroms der im Ausführungsbeispiel als Amalgam-Leuchtstofflampe ausgebildeten elekt rischen Lampe 2 in Abhängigkeit der Temperatur dargestellt. Wie aus dem Diagramm zu erkennen ist, ist der Lichtstrom bei relativ hohen Temperaturen bei einer Ausbildung mit einer abgeschalteten Wendelheizung bzw. abgeschalteten Heizschaltung 3 (durchgezogene Linie) in der Betriebsphase der elektrischen Lampe 2 im Wesentlichen gleichverlaufend mit einer Lichtstromkurve gemäß der Erfindung (gestrichelte Kurve), bei der während der Betriebsphase der elektrischen Lampe 2 eine Reduzierung des Heizstroms auf einen entsprechenden Bruchteil des Lampenstroms durchgeführt wird. Darüber hinaus kann aus dem Diagramm entnommen werden, dass durch die Erfindung eine deutliche Verbesserung des Lichtstromverlaufs, insbesondere bei hohen Temperaturen, im Vergleich zu einer Ausgestaltung erreicht werden kann, in der während der Betriebsphase der elektrischen Lampe 2 die Wendelheizung bzw. die Heizschaltung 3 vollständig und somit quasi ohne reduzierte Heizstromabgabe betrieben wird (punktierte Linie).

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben einer elektrischen Lampe (2), welche eine erste (21) und eine zweite Lampenwendel (22) aufweist, wobei die Lampenwendeln (21, 22) zum Heizen mit einer Heizschaltung (3) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschaltung (3) derart ausgebildet ist, dass der von dieser Heizschaltung (3) in einer Betriebsphase der elektrischen Lampe (2) erzeugte Heizstrom mit einem Wert zwischen 20% und 60% des Lampenstroms der elektrischen Lampe (2) dimensionierbar ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Heizschaltung (3) in der Betriebsphase der elektrischen Lampe (2) erzeugte Heizstrom mit einem Wert zwischen 33% und 53% des Lampenstroms der elektrischen Lampe (2) dimensionierbar ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Heizschaltung (3) in der Betriebsphase der elektrischen Lampe (2) erzeugte Heizstrom mit einem Wert zwischen 37% und 48% des Lampenstroms der elektrischen Lampe (2) dimensionierbar ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschaltung (3) eine erste Induktivität (30) als Lampendrossel und eine erste (31a) und eine zweite Zusatzinduktivität (31b) aufweist, wobei die erste Zusatzinduktivität (31a) mit einem ersten Ende (21a) der ersten Lampenwendel (21) und die zweite Zusatzinduktivität (31b) mit einem ersten Ende (22a) der zweiten Lampenwendel (22) elektrisch verbunden ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen der ersten Zusatzinduktivität (31a) und dem ersten Ende (22a) der ersten Lampenwendel (21) eine Resonanzschaltung (32a; 32b) geschaltet ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzschaltung (32a; 32b) bei einzustellenden Betriebsbedingungen in einer Vorheizphase des Betriebs der elektrischen Lampe (2) im Wesentlichen einen Resonanzzustand aufweist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzschaltung (32a; 32b) bei einzustellenden Betriebsbedingungen in der Betriebsphase der elektrischen Lampe (2) einen Betriebszustand aufweist, welcher zum Betriebszustand in der Vorheizphase unterschiedlich ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzschaltung (32a; 32b) zumindest eine Heizinduktivität (321a; 321b) und einen Heizkondensator (322a; 322b) aufweist, welche in Reihe geschaltet sind.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzschaltung (32a; 32b) derart ausgebildet ist, dass zwischen den beiden Zusatzinduktivitäten (31a; 31b) und den entsprechenden Enden (21a; 22a) der Lampenwendeln (21, 22) jeweils eine Reihen schaltung aus einer Heizinduktivität (321a; 321b) und einem Heizkondensator (322a; 322b) geschaltet ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lampe (2) als Amalgam-Leuchtstofflampe ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Lampe (2) mit einem elektronischen Vorschaltgerät (1), welches eine Heizschaltung (3) zum Heizen von zumindest einer Lampenwendel (21, 22) der elektrischen Lampe (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom der Heizschaltung (3) während einer Betriebsphase der elektrische Lampe (2) auf einen Wert zwischen 20% und 60% des Lampenstroms der elektrischen Lampe (2) dimensioniert wird.