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Die
Erfindung betrifft eine elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe
für eine Leuchtstofflampe, wobei die elektronische Stabilisierungs-
und Zündhilfe über einen ersten und einen zweiten
Anschluss mit Elektroden der Leuchtstofflampe verbindbar ist, welche über
weitere Elektroden über eine Drosselspule an einen Dimmer
angeschlossen ist.
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Leuchtstoffleuchten
enthalten in der einfachsten Ausführung ein Vorschaltgerät,
eine Leuchtstofflampe mit Fassungen und einen Starter. Diese sogenannten
Standard-Leuchtstoffleuchten können nur über einen
elektrischen Schalter ein- und ausgeschaltet werden, während
Dimmen wegen der in den Strompausen fehlenden Elektrodenheizung
und Unterschreitung der Brennspannung nicht möglich ist. Leuchtstoffleuchten,
die in ihrer Helligkeit gesteuert werden können, werden üblicherweise
mit elektronischen Vorschaltgeräten betrieben und z. B. über
einen Tastsensor und ein Bussystem (DALI, DMX, KNX) gesteuert.
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Aus
der
DE 33 17 438 A1 ist
eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstofflampen
bekannt. Um Leuchtstofflampen mit erhöhter Zündspannung
mit einer Dimmerschaltung flackerfrei in der Helligkeit steuern
zu können, wird die zusätzliche Anordnung eines
Hochfrequenzgenerators vorgeschlagen, der eingangsseitig über den
Dimmer mit der Netzwechselspannung beaufschlagt wird sowie aus gangsseitig
eine hochfrequente Wechselspannung an die Elektroden der Leuchtstofflampen
abgibt. Der Hochfrequenzgenerator besteht dabei aus der Serienschaltung
eines eingangsseitigen Einschaltverzögerers, eines Frequenzumsetzers,
eines Übertragers und ausgangsseitiger Koppelkondensatoren.
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Aus
der
DE 33 15 793 C2 ist
eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstofflampen
bekannt, wobei der Leuchtstofflampe ein Dimmer und ein Vorschaltgerät
in Reihe und ein Grundlastgerät oder eine Glühlampenlast
parallel geschaltet sind. Es ist ein Zündgerät
vorgesehen, das eingangsseitig mit den Ausgängen des Dimmers
und ausgangsseitig mit den Elektroden der Leuchtstofflampe verbunden
ist und das in jeder Halbwelle synchron zum Phasenanschnitt des
Dimmers einen Zündimpuls liefert. Das Zündgerät
enthält eine Reihenschaltung einer Phasenanschnittauswertung,
einer Einschaltverzögerung, einer Störimpulsaustastung,
eines Impulsverstärkers, eines Zündimpulsgenerators,
eines Zündimpulstransformators und eines Kondensators.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute und
kostengünstig herstellbare elektronische Stabilisierungs-
und Zündhilfe anzugeben, mit deren Hilfe ein Dimmen einer
Standard-Leuchtstofflampe möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst eine
elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe für eine
Leuchtstofflampe, wobei die elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe über
einen ersten und einen zweiten Anschluss mit Elektroden der Leuchtstofflampe
verbindbar ist, welche über weitere Elektroden über
eine Drosselspule an einen Dimmer angeschlossen ist, wobei die Stabilisierungs-
und Zündhilfe enthält:
- a)
einen zwischen den beiden Anschlüssen angeordneten steuerbaren
Wechselstromschalter,
- b) zwei in Serie zwischen den beiden Anschlüssen angeordnete
steuerbare Gleichstromschalter,
- c) einen Kondensator, welcher mit seiner ersten Klemme am Verbindungspunkt
beider Gleichstromschalter angeschlossen und mit seiner zweiten
Klemme über je eine Diode mit den beiden Anschlüssen
verbunden ist,
- d) einen die Schalter in Abhängigkeit des zeitlichen
Verlaufs der Spannung zwischen beiden Anschlüssen ansteuernde
Steuereinheit,
wobei die Leuchtstofflampe aus dem Kondensator
in denjenigen Zeiträumen mit einem Hochfrequenz-Strom beaufschlagt
wird, in denen die Spannung zwischen beiden Anschlüssen
durch den vorgeschalteten Dimmer Lücken aufweist.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin,
dass bei einer bereits vorliegenden Installation mit Standard-Leuchtstofflampe ein
Dimmer an Stelle eines Schalters nachgerüstet und verwendet
werden kann. Es ist zunächst lediglich der vorhandene Starter
gegen die vorgeschlagene elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe
auszutauschen. Nun kann der vorhandene Schalter gegen einen Dimmer
ausgetauscht werden. Weitere Änderungen bei der Installation
sind nicht erforderlich. Vorteilhaft ist nunmehr eine Standard-Leuchtstofflampe mittels
eines Phasenanschnitt-Dimmers in ihrer Helligkeit zumindest in einem
begrenzten Bereich dimmbar.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schaltungsanordnung einer elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe
für eine Leuchtstofflampe inklusive Leuchtstofflampe/Drosselspule/Dimmer,
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2–7 Skizzen
zur Erläuterung der während unterschiedlicher
Betriebsphasen fließenden Ströme.
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In 1 ist
eine Schaltungsanordnung einer elektronische Stabilisierungs- und
Zündhilfe für eine Leuchtstofflampe inklusive
Leuchtstofflampe/Drosselspule/Dimmer dargestellt. Es ist eine Leuchtstofflampe
(Leuchtstoffröhre) 1 zu erkennen, deren vier Elektroden 2–5 (Glühkathoden-Anschlüsse)
wie folgt verschaltet sind:
- • Die
erste Elektrode 2 ist über einer Drosselspule 6 mit
dem ersten Ausgang eines Dimmers 7 verbunden. Der Dimmer 7 wird
in Phasenanschnittsteuerung betrieben.
- • Die zweite Elektrode 3 ist mit dem ersten
Anschluss 20 der elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe 10 verbunden.
- • Die dritte Elektrode 4 ist mit dem zweiten
Ausgang des Dimmers 7 verbunden.
- • Die vierte Elektrode 5 ist mit dem zweiten
Anschluss 21 der elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe 10 verbunden.
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Die
beiden Eingänge des Dimmers 7 stellen Netzwechselspannungs-Anschlüsse 8, 9 dar,
welche mit der Netzwechselspannung beaufschlagt werden.
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Die
elektronische Stabilisierungs- und Zündhilfe 10 weist
eine Steuereinheit (Controller) 11 auf, die über
Versorgungsanschlüsse d und e an die beiden Klemmen eines
Kondensators 15 angeschlossen ist. Die Steuereinheit 11
- • steuert über eine Steuerleitung
a einen steuerbaren Gleichstromschalter 12, z. B. Transistor
an, welcher einerseits am Anschluss 20 und andererseits
am ersten Anschluss des Kondensators 15 liegt,
- • steuert über eine Steuerleitung b einen
steuerbaren Gleichstromschalter 13, z. B. Transistor an, welcher
einerseits am ersten Anschluss des Kondensators 15 und
andererseits am Anschluss 21 hegt,
- • steuert über eine Steuerleitung c einen
steuerbaren (ausschaltbaren) Wechselstromschalter 14, z. B.
zwei gegeneinander geschaltete Transistoren an, welcher einerseits
am Anschluss 20 und andererseits am Anschluss 21 liegt,
- • weist einen Detektionsanschluss f auf, welcher die
am Anschluss 20 anstehende Spannung detektiert.
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Zwischen
Anschluss 20 und dem ersten Anschluss des Kondensators 15 ist
ferner die Reihenschaltung einer Gleichrichterdiode 16 mit
einem Ladewiderstand 17 geschaltet. Der zweite Anschluss des
Kondensators 15 ist über eine Diode 18 mit
dem Anschluss 20 und über eine Diode 19 mit
dem Anschluss 21 verbunden.
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Die
Steuereinheit 11 übernimmt in Verbindung mit den
weiteren Baukomponenten der elektronischen Stabilisierungs- und
Zündhilfe 10 die folgenden Aufgaben:
- A) Herstellen einer leitenden Verbindung bei nicht gezündeter
Leuchtstofflampe 1, um den Dimmer 7 mit der für
seinen Betrieb nötigen Energie zu versorgen.
- B) Einleiten eines ersten Startvorganges der Leuchtstofflampe 1 durch
Unterbrechen des über die Elektroden 2 und 3 respektive 4 und 5 fließenden
Stromes im Strom-Maximum nach einer definierten Zeitspanne des Vorheizens
der Elektroden 2–5 zur Erzeugung einer
einmalig hohen Zündspannung.
- C) Speicherung einer geringen Energiemenge (zur Ladung des Kondensators)
während der mittels des Dimmers 7 eingestellten
und durch ihn hervorgerufenen stromführenden Zeitspanne
innerhalb einer Halbwelle der Netzwechselspannung über
die Elektroden 2 und 3 respektive 4 und 5 der
Leuchtstofflampe 1.
- D) Versorgung der Leuchtstofflampel mit Hochfrequenz-Energie
kleiner Leistung während der mittels des Dimmers 7 eingestellten
und durch ihn hervorgerufenen stromlosen Zeitspanne innerhalb einer
Halbwelle der Netzwechselspannung.
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Die
Leuchtstofflampe 1 befindet sich bei Speisung über
den Dimmer 7 erfindungsgemäß in einem
Mischbetrieb aus
- • Stromflusszeiten
mit der Frequenz der Netzwechselspannung (gezündete Leuchtstofflampe) und
- • Stromflusszeiten mit Hochfrequenz, während der
die Leuchtstofflampe 1 mit sehr geringer Helligkeit leuchtet,
die Ionisation für die nächste Welle der Netzwechselspannung
jedoch erhalten bleibt, wodurch die Leuchtstofflampe 1 dann
ohne erneuten Zündvorgang problemlos aus der Netzwechselspannung
gespeist werden kann.
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In
der Summe liegt so die Helligkeit unterhalb der maximalen Helligkeit,
sobald die Netzwechselspannung mittels des Dimmers 7 angeschnitten
wird.
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Nachfolgend
soll die Funktionsweise der elektronischen Stabilisierungs- und
Zündhilfe näher erläutert werden. In
den 2–7 sind hierzu Skizzen
zur Erläuterung der während unterschiedlicher
Betriebsphasen fließenden Ströme dargestellt. Sobald
der Dimmer 7 betätigt, d. h. eingeschaltet wird,
ergibt sich ein Stromfluss Dimmer 7 – Drosselspule 6 – Elektrode 2 – Elektrode 3 – Anschluss 20 – Gleichrichterdiode 16 – Ladewiderstand 17 – Kondensator 15 – Diode 19 – Anschluss 21 – Elektrode 5 – E lektrode 4 – Dimmer 7. 2 zeigt
den in der elektronischen Stabilisierungs- und Zündhilfe 10 während dieser
Betriebsphase fließenden Ladestrom iL1, durch welchen der
Kondensator 15 derart aufgeladen wird, dass die ausreichende
Versorgung der Steuereinheit 11 sichergestellt ist. Dies
entspricht Aufgabe A).
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Sobald
die ausreichende Versorgung der Steuereinheit 11 sichergestellt
ist, wird der steuerbare Gleichstromschalter 12 mittels
Ansteuerung über die Steuereinheit 11 geschlossen,
wodurch sich der Kondensator 15 auf die volle treibende
Spannung aufladen kann. Es ergibt sich ein Ladestrom iL2, d. h. ein
Stromfluss Dimmer 7 – Drosselspule 6 – Elektrode 2 – Elektrode 3 – Anschluss 20 – Gleichstromschalter 12 – Kondensator 15 – Diode 19 – Anschluss 21 – Elektrode 5 – Elektrode 4 – Dimmer 7,
wie in 3 gezeigt. Dies entspricht ebenfalls Aufgabe A).
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Nachdem
der Kondensator 15 auf die volle treibende Spannung aufgeladen
ist, werden Gleichstromschalter 12 geöffnet und
Wechselstromschalter 14 geschlossen (wiederum durch Ansteuerung über die
Steuereinheit 11). Damit ergibt sich der zum Heizen der
Elektroden 2–5 und zum Aufbau eines Magnetfeldes
der Drossel 6 dienende Strom iH Dimmer 7 – Drosselspule 6 – Elektrode 2 – Elektrode 3 – Anschluss 20 – Wechselstromschalter 14 – Anschluss 21 – Elektrode 5 – Elektrode 4 – Dimmer 7,
wie in 4 gezeigt. Dies erfolgt in Vorbereitung der Aufgabe
B).
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Über
den Detektionsanschluss f ermittelt die Steuereinheit 11 fortlaufend
den zeitlichen Verlauf der Netzwechselspannung respektive der zwischen den
Anschlüssen 20, 21 anstehenden Spannung,
um hieraus den richtigen Zeitpunkt zur Zündung der Leuchtstofflampe 1 im
Strommaximum feststellen zu können.
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Von
einem Zeitglied in der Steuereinheit 11 vorgegeben und
in Abhängigkeit der über Detektionsanschluss f
erhaltenen Spannungs-Information wird der Wechselstromschalter 14 nunmehr
in einem Strommaximum geöffnet. Der unter 4 erläuterte Stromfluss
wird unterbrochen und das „zusammenfallende” Magnetfeld
der Drosselspule 6 induziert die erforderliche hohe Zündspannung
für die Leuchtstofflampe 1. Nun sind alle Schalter 12, 13, 14 geöffnet, der
Kondensator 15 ist geladen und es ergibt sich der in 5 gezeigte
Strom iB bei gezündeter Leuchtstofflampe, d. h. ein Stromfluss
Dimmer 7 – Drosselspule 6 – Elektrode 2 – Leuchtstofflampe 1 – Elektrode 4 – Dimmer 7,
wie in 5 gezeigt. Dies entspricht Aufgabe B).
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Weist
nun die Spannungsversorgung der Leuchtstofflampe 1 infolge
der aktuellen Einstellung des Dimmers 7 Lücken
auf, wodurch es zur Unterschreitung der Brennspannung der Leuchtstofflampe 1 kommt – was
die Steuereinheit 11 über den Detektionsanschluss
f detektiert – werden während dieser Lücken
die steuerbaren Gleichstromschalter 12 und 13 abwechselnd
mit einer Frequenz von mehr als 20 kHz umgeschaltet. Der nun aus
der elektronischen Stabilisierungs- und Zündhilfe 10 fließende,
durch den Kondensator 15 gespeiste Hochfrequenz-Strom iHF
ist durch die zeitliche Größe der Einschaltzeiten der
Gleichstromschalter 12 und 13 derart bemessen, dass
in der Leuchtstofflampe 1 die für die nächste Zündung
nötige Ionisierung aufrechterhalten wird.
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In
den 6 und 7 ist der Verlauf des Hochfrequenz-Stroms
iHF für seine beiden Stromrichtungen gezeigt. Gemäß 6 ergibt
sich ein Hochfrequenz-Strom iHF vom Kondensator 15 über die
Diode 19, Anschluss 21, Elektrode 5,
Leuchtstofflampe 1, Elektrode 3, Anschluss 20 und
den geschlossenen Gleichstromschalter 12 zurück
zum Kondensator 15. Gemäß 7 ergibt
sich ein Hochfrequenz-Strom vom Kondensator 15 über
die Diode 18, Anschluss 20, Elektrode 3,
Leuchtstofflampe 1, Elektrode 5, Anschluss 21 und
den geschlossenen Gleichstromschalter 13 zurück
zum Kondensator 15. Dies entspricht Aufgabe D).
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In
der folgenden Halbwelle wird der Kondensator 15 durch kurzzeitiges
Schließen des Gleichstromschalters 12 oder des
Gleichstromschalters 13 – je nach Halbwelle – wieder
aufgeladen. Dies entspricht Aufgabe C). 8 zeigt
hierzu beispielhaft die Aufladung des Kondensators 15 durch
Schließen des Gleichstromschalters 13. Es ergibt
sich ein Ladestrom iL3 vom Dimmer 7 über die Elektroden 4, 5, den
Anschluss 21, den geschlossenen Gleichstromschalter 13,
den Kondensator 15, die Diode 18, den Anschluss 20 die
Elektroden 3, 2 und die Drosselspule 6 zurück
zum Dimmer 7.
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- 1
- Leuchtstofflampe
(Leuchtstoffröhre)
- 2
- Elektrode
(Glühkathoden-Anschluss)
- 3
- Elektrode
(Glühkathoden-Anschluss)
- 4
- Elektrode
(Glühkathoden-Anschluss)
- 5
- Elektrode
(Glühkathoden-Anschluss)
- 6
- Drosselspule
- 7
- Dimmer
- 8
- Netzwechselspannungs-Anschluss
- 9
- Netzwechselspannungs-Anschluss
- 10
- elektronische
Stabilisierungs- und Zündhilfe
- 11
- Steuereinheit
(Controller)
- 12
- steuerbarer
Gleichstromschalter, z. B. Transistor
- 13
- steuerbarer
Gleichstromschalter, z. B. Transistor
- 14
- steuerbarer,
Wechselstromschalter, z. B. Triac
- 15
- Kondensator
- 16
- Gleichrichterdiode
- 17
- Ladewiderstand
- 18
- Diode
- 19
- Diode
- 20
- erster
Anschluss
- 21
- zweiter
Anschluss
- a
- Steuerleitung
- b
- Steuerleitung
- c
- Steuerleitung
- d
- Versorgungsanschluss
- e
- Versorgungsanschluss
- f
- Detektionsanschluss
- iHF
- Hochfrequenz-Strom
- iL1,
iL2, iL3
- Ladeströme
- iH
- Heizstrom
- iB
- Strom
durch Leuchtstofflampe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3317438
A1 [0003]
- - DE 3315793 C2 [0004]