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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Typs einer mit
einem elektronischen Vorschaltgerät zu betreibenden Gasentladungslampe.
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Im
Laufe der letzten Jahre sind verschiedene Typen von Gasentladungslampen
entwickelt worden. Sie unterscheiden sich nicht nur durch ihre äußeren Abmessungen,
sondern machen es auch erforderlich, dass bestimmte typspezifische
Betriebsparameter, wie Lampenspannung, Lampenstrom, Vorheizspannung,
Vorheizstrom, Vorheizzeit usw., eingehalten werden. Um nicht für
jeden Lampentyp ein besonderes Vorschaltgerät zur Verfügung
steilen zu müssen, sind Vorschaltgeräte dahingehend
weiterentwickelt worden, mit denen unterschiedliche Lampentypen
betrieben werden können, wobei die Vorschaltgeräte
den jeweiligen Lampentyp selbst erkennen.
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Nach
der
EP 1103165B1 erfolgt
die Erkennung des Lampentyps durch die Messung des über die
Lampenwendel fließenden Wendelstromes. Die Stromstärke
hängt vom Wendelwiderstand und von der an die Wendel angelegten
Wendelspannung ab. Bei Verwendung einer vorbekannten Wendelspannung
ist der Wendelstrom kennzeichnend für den Wendelwiderstand.
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Bei
einigen Lampentypen ist der Unterschied der Wendlströme
bzw. der Wendelwiderstände jedoch sehr gering. Sieht man
Messungenauigkeiten und Herstellungstoleranzen mit in Betracht,
so ist es bisher nicht möglich, den Wendeltyp und damit
den Lampentyp mit befriedigender Sicherheit zu identifizieren.
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Es
wurden bereits verfeinerte Erkennungsverfahren entwickelt. So werden
nach der
EP 1125477
B1 die Betriebsdaten der einzelnen Lampentypen, zumindest
deren Lampennennspannung, der Lampennennstrom sowie die Vorheizströme
zur Heizung der Elektroden in einem Register gespeichert. Die Vorheizströme
sind dabei vorbestimmten Bereichen des Elektrodenwiderstandes zugeordnet. Der
Elektrodenwiderstand wird während einer Vorheizphase gemessen
und der dem gemessenen Elektrodenwiderstand zugeordnete Vorheizstrom eingestellt.
Weiterhin wird die Leuchtstofflampe innerhalb einer der Vorheizphase
nachgeschalteten Startphase während einer vorbestimmten
Zeit mit einem Dimmstrom bekannter Stromstärke betrieben, als
nächstes nach der Startphase die vorliegenden Lampenspannung
der Leuchtstofflampe gemessen, dann in dem Register diejenige Lampenspannung gesucht,
die der gemessenen Lampenspannung der Leuchtstofflampe am nächsten
kommt, und schließlich diejenigen zum Betrieb der Leuchtstofflampe
erforderlichen Betriebsdaten eingestellt, die der gemessenen Lampenspannung
per Register zugeordnet sind.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren werden zwar Vorheizströme
bestimmter Stromstärke eingestellt, jedoch nicht, um den Lampentyp
zu bestimmen, sondern um einen bestimmten Parameter, nämlich
den Vorheizstrom, für die Leuchtstofflampe einzustellen,
deren Typ zuvor durch Messung des Elektrodenwiderstandes bestimmt
worden ist. Der zuvor bestimmte Elektrodenwiderstand wird dabei
in der Weise ermittelt, wie dies eingangs beschrieben wurde, nämlich
durch Einstellen einer vorbekannten (eingeprägten) Wendelspannung,
durch Messen des sich dadurch einstellenden Wendelstromes und letztendlich
durch Quotientenbildung der beiden letztgenannten Werte. Trotz der
verfeinernden Maßnahmen beruht das Verfahren auf dem gleichen
Prinzip, wie das eingangs beschriebene Verfahren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum
Erkennen des Lampentyps anzugeben, das die Erkennungssicherheit
gegenüber den bisher bekannten Verfahren verbessert.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst, durch
die Abfolge folgender Verfahrensschritte:
- a)
Einstellen des durch mindestens eine Heizwendel fließenden
Wendelstromes so, dass er eine vorbestimmt Stromstärke
hat,
- b) direkte oder indirekte Messung der Wendelspannung,
- c) Bestimmung des Lampentyps – ggf. nach Berechnung
des Wendelwiderstandes – aufgrund der gemessen Wendelspannung
durch Vergleich der gemessenen Wendelspannung bzw. des berechneten
Wendelwiderstandes mit entsprechenden Normwerten, die für
jeden Lampentyp in einer Tabelle abgelegt sind.
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Die
Erfindung geht von folgender Erkenntnis aus:
Die Messung des
Wendelwiderstandes über den Wendelstrom und die Wendelspannung
setzt voraus, dass der Wendel eine elektrische Leistung zugeführt wird.
Diese führt zur Aufheizung der Wendel. Da die Wendeln in
der Regel aus Metall sind, erhöht sich ihr Widerstand mit
der Temperatur. Die Wendeltemperatur hängt von der der
Wendel zugeführten Heizleistung ab. Qualitativ ausgedrückt
bedeutet das, dass der Wendelwiderstand umso höher ist,
je höher die zugeführte Heizleistung ist.
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Es
sei nun angenommen, dass sich ein zweiter Lampentyp von einem ersten
Lampentyp dadurch unterscheidet, dass der Wendelwiderstand des zweiten
Lampentyps doppelt so groß ist, wie der des ersten Lampentyps.
Wenn nun – wie bisher – zur Messung des Wendelwiderstandes
eine vorbekannte (eingeprägte) Wendelspannung an die Wendel
angelegt wird, so ist die der Wendel des zweiten Lampentyps zugeführte
Heizleistung (P = U2/2R) – wegen des
doppelten Wendelwiderstandes – nur halb so groß wie
die der Wendel des erste Lampentyps zugeführten Heizleistung
(P = U2/R). Das hat zur Folge, dass die
Wendel des zweiten Lampentyps weniger stark erwärmt wird
als die des ersten Lampentyps. Die thermische Widerstandserhöhung
der Wendel des zweiten Lampentyps ist also geringer als die der Wendel
des ersten Lampentyps. Die thermische Widerstandserhöhung
läuft damit der Erhöhung des Wendel-Basiswiderstandes
entgegen, mit der Folge, dass die Erkennungssicherheit des Lampentyps
verringert wird.
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Wenn
nun erfindungsgemäß der Wendel ein vorbestimmter
(eingeprägter) Strom zugeführt wird, und wenn
dann der Wendelwiderstand durch Messung der Wendelspannung bestimmt
wird, so ist die Tendenz genau umgekehrt. In diesem Fall ist die
der Wendel des zweiten Lampentyps zugeführte Heizleistung
(P = I2·2R) doppelt so hoch, wie
die der Wendel des ersten Lampentyps zugeführte Heizleistung (P
= I2R), mit der Folge, dass die thermische
Widerstandserhöhung der Wendel des zweiten Lampentyps höher
ist als die thermische Widerstandserhöhung der Wendel des
ersten Lampentyps. Dadurch verstärkt die thermische Widerstandserhöhung
die Wirkung der Erhöhung des Wendel-Basiswiderstandes,
mit der Folge, dass wird die Erkennungssicherheit des Lampentyps
beträchtlich wird.
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Mit
anderen Worten bedeutet das, dass hochohmige Wendeln bei Benutzung
einer Stromquelle und die dadurch bedingte stärkere Heizung gegenüber
niederohmigen Wendeln noch hochohmiger werden. Das führt
zu einer größeren Differenz der Widerstände
und damit zu einer verbesserten Erkennbarkeit.
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Praktisch
ist die Realisierung einer Stromquelle zur Wendelheizung schwierig.
Schritt a) wird deshalb am besten durch Einregeln des Wendelstromes
realisiert.
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Gemäß einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann an die oben erwähnten Verfahrensschritte ein weiterer
Schritt angefügt werden, und zwar:
- d)
Einstellen mindestens eines Betriebsparameters für den
ermittelten Lampentyp.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Vorschaltgerät für
eine Gasentladungslampe, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren
arbeitet. Dieses Vorschaltgerät weist folgende Merkmale
auf:
- – Speichermittel für
eine Tabelle, in der zu jedem Lampentyp für eine bestimmte
Wendelstromstärke die korrespondierende Wendelspannung
bzw. der entsprechende Wendelwiderstand niedergelegt ist,
- – Stromeinstellmittel, mittels welchen für
mindestens eine Heizwendel ein vorbestimmter Wendelstrom einstellbar
ist,
- – Messmittel zum direkten oder indirekten Messen des
Spannungsabfalls über der mit dem vorbestimmten Wendelstrom
beaufschlagten Heizwendel,
- – ggf. Mittel zum Errechnen des Wendelwiderstandes
durch Quotientenbildung aus der gemessenen Wendelspannung und dem
eingestellten Wendelstrom,
- – Vergleichsmittel zum Bestimmen des Lampentyps durch
Vergleichen der gemessenen Wendelspannung bzw. des errechneten Wendelwiderstandes
mit dem entsprechenden in der Tabelle niedergelegten Wert.
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Zur
Einstellung des Wendelstromes können die Stromeinstellmittel
einen Regelungsteil für den Wendelstrom umfassen.
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Eine
Weiterbildung des Vorschaltgerätes kann darin bestehen,
dass Mittel zum Einstellen mindestens eines Betriebsparameters für
den ermittelten Lampentyp vorgesehen sind.
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Die
Messmittel können einen parallel zu der Wendel geschalteten
Spannungsteiler umfassen, von dem ein der Wendelspannung entsprechendes Signal
abgeleitet wird.
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Zu
dem Regelungsteil kann ein in Serie mit der Heizwendel geschalteter
Messwiderstand gehören, von dem ein Messsignal abgeleitet
wird, das dem Wendelstrom entspricht.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen beschrieben.
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Es
zeigen:
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1a die
Abhängigkeit des Wendelwiderstandes von der Wendelspannung
bei eingeprägter Wendelspannung;
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1b die
Abhängigkeit des Wendelwiderstandes vom Wendelstrom bei
eingeprägtem Wendelstrom;
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2 eine
Gasentladungslampe mit zugehörigem Vorschaltgerät;
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3 der
Block Wendelspannungserzeugung aus 2 in konkreter
Ausgestaltung.
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1a zeigt
die Abhängigkeit des Wendelwiderstandes RW in
Abhängigkeit von der Wendelspannung UW.
Es werden zwei Wendeln betrachtet, von denen die eine einen Wendelwiderstand
R1 und die andere einen Wendelwiderstand
R2 hat. Der Wendelwiderstand R2 ist
doppelt so groß wie der Wendelwiderstand R1.
Wenn man den Wendelwiderstand R1 = R setzt,
so ist R2 = 2R. Die Wendeln bestehen normalerweise
aus Metall. Der elektrische Widerstand von Metall erhöht
sich mit der Temperatur. Ohne Berücksichtigung der thermischen
Widerstandserhöhung bilden die beiden Wendeln eine parallele Linie
zur Abszisse, die durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Bei
Berücksichtigung der thermischen Widerstandserhöhung
steigen die Widerstände der beiden Wendeln mit Erhöhung
der Wendelspannung an. Je höher die einer Wendel zugeführte
Heizleistung P ist, desto höher ist die entsprechende thermische
Widerstandserhöhung. Für die Wendel mit dem Basiswiderstand
R1 ist die zugeführte Heizleistung bei
eingeprägter Wendelspannung P1 =
U2 W/R. Für die
Wendel mit dem Basiswiderstand R2 ist die
zugeführte Heizleistung bei eingeprägter Wendelspannung
P2 = U2 W/2R.
Die der Wendel mit dem Basiswiderstand R2 zugeführte
Heizleistung P2 ist also nur halb so groß wie
die Heizleistung P1, die der Wendel mit
dem Basiswiderstand R1 zugeführt
wird. Das hat zur Folge, dass der Widerstand der Wendel mit dem Basiswiderstand
R2 mit größer werdender
Wendelspannung UW weniger stark ansteigt
als der Widerstand der Wendel mit dem Basiswiderstand R1.
Die beiden Kurven nähern sich mit größer
werdender Wendelspannung UW einander an.
Das hat zur Folge, dass die Unterscheidung von zwei Lampentypen
mit den unterschiedlichen Wendelwiderständen R1 und R2 durch die thermische Widerstandserhöhung schwieriger
wird.
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1b zeigt
nun die der Erfindung zugrunde liegende Idee, nämlich nicht
eine eingeprägte Wendelspannung UW zu
verwenden, sondern einen eingeprägten Wendelstrom IW. In diesem Fall ist die der Wendel mit
dem Basiswiderstand R2 zugeführte Heizleistung
P2 = 2RI2 W doppelt so hoch wie die der Wendel mit
dem Basiswiderstand R1 zugeführte Heizleistung,
die P1 = RI2 W ist. Man erkennt, dass die beiden Kurven
hier auseinanderlaufen, mit der Folge, dass durch die thermische
Widerstandserhöhung die Unterscheidbarkeit von Lampentypen
nach dem Wendelwiderstand verbessert wird.
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Die
in den 1a und 1b dargestellten Abhängigkeiten
des Wendelwiderstandes RW von der Wendelspannung
UW bzw. vom Wendelstrom IW sind in
idealisierter Weise als Geraden dargestellt. Der Einfluss anderer
Parameter als der zugeführten Heizleistung ist zur Vereinfachung
unberücksichtigt gelassen.
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Wenn
in Zusammenhang mit 1a von einer "eingeprägten
Wendelspannung UW" die Rede ist, so ist
damit gemeint, dass an die Wendel eine von einer niederohmigen Spannungsquelle
stammende vorbestimmte Wendelspannung angelegt wird, und dass dann
der sich daraus ergebende Wendelstrom gemessen wird. Der Wendelwiderstand
RW ergibt sich dann aus dem Produkt von
Wendelspannung und Wendelstrom.
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Wenn
im Zusammenhang mit 1b von einem "eingeprägten
Wendelstrom IW" die Rede ist, so ist damit
folgendes gemeint. Auch hier wird eine Wendelspannung an die Wendel
angelegt. Diese Wendelspannung wird jedoch nicht vorgegeben, sondern
dient nur zur Einstellung eines vorgegebenen bestimmten Wendelstromes.
Der Wendelwiderstand RW ergibt sich dann
als Produkt aus dem vorgegeben und voreingestellten Wendelstrom
und der Wendelspannung, die notwendig ist, damit dieser Wendelstrom
durch die Wendel fließt, und dazu gemessen werden muss.
Grundsätzlich kann ein "eingeprägter Wendelstrom
IW" natürlich auch durch eine hochohmige
geliefert werden; die Realisierung dieser Möglichkeit ruft
jedoch praktische Schwierigkeiten hervor. Wesentlich einfacher ist
es, den Wendelstrom durch Regelung (unter Veränderung der
Wendelspannung) so einzustellen, dass er den gewünschten
vorgegeben Wert annimmt.
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2 zeigt
eine Gasentladungslampe L, die an ein nach der Erfindung ausgebildetes
elektronisches Vorschaltgerät V angeschlossen ist. Das
Vorschaltgerät V enthält einen an das Wechselstromnetz angeschlossen
Brückengleichrichter 1, der die Netzspannung gleichrichtet,
und einem Gleichspannungszwischenkreis 2 zuführt.
Dem Zwischenkreis 2 ist ein Halbbrücken-Wechselrichter 3 nachgeschaltet,
der zwei wechselweise getaktete Schalter enthält. An den
Wechselrichter 3 schließt sich ein Reinresonanzkreis
an, der aus einer Drossel und einem Kondensator besteht. Die Lampe
ist parallel zu dem Kondensator geschaltet. Die Schaltungsteile 1 bis 4 sind
in Vorschaltgeräten üblich und bekannt.
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Das
Vorschaltgerät soll nun so ausgebildet sein, dass mit ihm
Leuchtstofflampen L unterschiedlicher Typen betrieben werden können.
Die einzelnen Typen unterscheiden sich nicht nur durch äußere
Abmessungen, sondern auch durch unterschiedliche Betriebsparameter,
wie Lampenstrom, Lampenspannung, Wendelspannung, Wendelstrom, Vorheizzeit usw.
Es ist üblich und bekannt, dass das Vorschaltgerät
den Lampentyp automatisch erkennt, und zwar durch Messen des Widerstandes
mindestens einer der beiden Wendeln der Leuchtstofflampe L. Allerdings
liegen die Wendelwiderstände bestimmter Typen sehr dicht
beieinander, so dass eine Unterscheidung schwierig ist, und – wie
oben im Zusammenhang mit 1a erläutert
wurde – durch die thermische Erwärmung noch erschwert
wird. Aus diesem Grunde wird bei dem hier betrachteten Vorschaltgerät
das Prinzip des geregelten Wendelstroms angewendet, das in Zusammenhang
mit 1b beschrieben wurde.
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Bevor
der Lampentyp ermittelt worden ist, muss den Wendeln der Lampe L
zunächst ein vorbestimmter bekannter Wendelstrom zugeführt
werden. Dieser Wendelstrom ist entweder in dem Block 5,
der Betriebsparameter-Einstellmittel repräsentiert, niedergelegt
oder in einem Startprogramm 13, das dem Block 5 den
betreffenden Stromwert übermittel, wenn es einen entsprechenden
Befehl von einer Zentrale über die Busleitung UBUS erhält. Der so übermittelte Strom-Sollwert
wird von den Betriebsparameter-Einstellmitteln 5 einem
Wendelstromregler 8 zugeführt, der seinerseits
Wendelspannungs-Erzeugungsmittel 6 veranlasst, den beiden
Wendeln W1 und W2 der Leuchtstofflampe L eine entsprechende Wendelspannung
zuzuführen. Die an der unteren Wendel W2 anliegende Wendelspannung
wird mit einem aus den Widerständen R1 und R2 bestehenden
Spannungsteiler abgegriffen und WendelspannungsMessmitteln 9 zugeführt,
welche ihrerseits den gemessenen Wendelspannungswert an einen Quotienten-Bildner 10 weiterleiten.
Der durch die Wendel W2 fließende Wendelstrom wird als
Spannungsabfall über einen Widerstand R3 gemessen und Wendelstrom-Messmitteln 7 zugeführt,
die ihrerseits den gemessenen Wendelstromwert einerseits an den
Quotienten-Bildner 10 und andererseits als Istwert an den Wendelstrom-Regler 8 melden.
Dieser bildet einen Stellwert und übermittelt ihn an die
Wendelspannungs-Erzeugungsmittel 6, wodurch die Wendelspannung
so eingestellt wird, dass der Wendelstrom gleich dem dem Wendelstrom-Regler 5 zugeführten Sollwert
ist. Der Quotienten-Bildner 10 errechnet aus dem gemessenen
Wendelspannungswert und dem gemessenen Wendelstromwert den Wendelwiderstand.
Der Wendelwiderstand wird Vergleichermitteln 12 zugeführt,
die ihn mit den Werten vergleichen, welche in einer Tabelle abgelegt
sind, die in Speichermitteln 11 gespeichert ist. Die Tabelle
enthält für jeden mit dem Vorschaltgerät
zu betreibenden Lampentyp einen zugeordneten Wendelwiderstand. Dieser
wird mit dem gemessenen Wendelwiderstand verglichen. Die Vergleichermittel 12 melden
den ermittelten Lampentyp dann an die Betriebsparameter-Einstellmittel 5.
Letzte nehmen dann die relevanten Einstellungen an dem Vorschaltgerät
V vor. Stellvertretend dafür ist dem ist in 2 durch
die Verbindung zwischen den Betriebsparameter-Einstellmitteln 5 und
dem Wechselrichter 3 Rechnung getragen. So kann auf diese
Weise zur Einstellung bestimmter Betriebsparameter die Taktfrequenz
und/oder die Taktzeiten der beiden Schalter des Wechselrichters beeinflusst
werden.
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Quotienten-Bildner 10 an
sich entbehrlich ist. Statt in den Speichermitteln 11 eine
Tabelle abzulegen, die die Korrespondenz zwischen Wendelwiderstand
und Lampentyp enthält, ist es auch möglich, eine
Tabelle niederzulegen, die für jeden Lampentyp – bei
bekanntem voreingestelltem Wendelstrom die zugehörige Wendelspannung
enthält. Die Wendelspannungs-Messmittel 9 müssten
in diesem Fall die gemessene Wendelspannung anstelle des Heizwiderstandes
an die Vergleichermittel 12 melden. Die Meldung des von
den Wendelstrom-Messmitteln 7 gemessenen Wendelstromes,
die in 2 an den Quotienten-Bildner 10 erfolgt,
entfällt dann.
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In 3 ist
eine konkrete Realisierung der Wendelspannungs-Erzeugungsmittel 6 gezeigt.
Diese enthalten einen Sperrwandler, bestehend aus einem elektronischen
Schalter S, einem Widerstand R4 und einer Induktivität
besteht, wobei die Induktivität von der Primärwicklung
eines Heiztransformators TH gebildet ist.
Als Gleichspannungsquelle wird die auf dem Bus liegende Busspannung
UBUS verwendet. Anstelle der BUS-Spannung
kann auch die Ausgangsspannung des Zwischenkreises 2 verwendet werden.
Der Heiztransformator TH hat zwei Sekundärwicklungen,
von denen jede für eine Wendel der Leuchtstofflampe L bestimmt
ist. Die von dem Heiztransformator TH übertragene
Wechselspannung wird durch die Diode D1 und D2 gleichgerichtet und durch
die Kondensatoren C1 und C2 geglättet. Daneben haben die
Kondensatoren C1 und C2 noch die Aufgabe, zur Funkentstörung
beizutragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1103165
B1 [0003]
- - EP 1125477 B1 [0005]