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Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Retrofitlampe und Retrofitlampe
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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Retrofitlampe an einem konventionellen oder elektronischen Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen.
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Hintergrund
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Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Retrofitlampe an einem konventionellen oder elektronischen Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es sind Retrofitlampen mit Leuchtdioden bekannt, die als Ersatz für die original vorgesehenen Leuchtstofflampen in bestehende Leuchten eingebaut werden können. Für die bekannten Retrofitlampen muss jedoch die bestehende Leuchte umgebaut werden, da diese Retrofitlampen nicht an einem bestehenden Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen betrieben werden können, sondern nur für den Betrieb an Netzspannung ausgelegt sind. Aus der
US2008/0094837A1 ist solch eine Retrofitlampe bekannt, die zwar mechanisch kompatibel zu einer konventionellen Leuchtstofflampe ist, aber die nicht direkt an einem konventionellen Vorschaltgerät mit Starter und gar nicht an einem elektronischen Betriebsgerät betrieben werden kann. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Retrofitlampe muss der Starter ausgebaut werden und gegebenenfalls die Drossel gebrückt werden.
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Aufgabe
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Retrofitlampe angegeben, die einfach in bestehende Leuchten eingesetzt werden kann, ohne diese umbauen zu müssen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltungsanordnung angegeben, die in eine solche Retrofitlampe eingebaut ist, um diese in bestehenden Leuchten betreiben zu können.
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Zusammenfassung
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Es wird eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Retrofitlampe angegeben, die an einem konventionellen oder elektronischen Vorschaltgerät für eine Leuchtstofflampe betrieben werden kann, aufweisend:
- – mindestens einen Vollwellengleichrichter, dessen Eingang zwischen die Eingangsanschlüsse der Retrofitlampe geschaltet ist,
- – mindestens eine Halbleiterlichtquelle, die an den Ausgang des Vollwellengleichrichters angeschlossen ist,
- – einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die mit je 2 Eingangsanschlüssen der Retrofitlampe verbunden sind.
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Die Schaltungsanordnung weist dabei bevorzugt zwei Vollwellengleichrichter auf, wobei der Eingang des ersten Vollwellengleichrichters an den ersten Anschluss des ersten Widerstandes und an den ersten Anschluss des zweiten Widerstandes angeschlossen ist und der Eingang des zweiten Vollesellengleichrichters an den zweiten Anschluss des ersten Widerstandes und an den zweiten Anschluss des zweiten Widerstandes angeschlossen ist. Die Widerstände dienen dazu, intelligente elektronische Vorschaltgeräte zu täuschen und ihnen eine Leuchtstofflampe vorzugaukeln, damit diese einschalten. Durch die spezielle Verschaltung der Vollwellengleichrichter ist sichergestellt, dass der Leistungsfluss nicht durch den ersten oder zweiten Widerstand fließt, und eine hohe Effizienz gewährleistet ist. Die Ausgänge der beiden Vollwellengleichrichter sind dabei vorzugsweise parallel geschaltet. Durch diese Maßnahme wird der auf die zwei Eingangsanschlüsse aufgeteilte Leistungsfluss wieder zusammengeführt. An den Ausgang des Vollwellengleichrichters ist dabei bevorzugt eine Serienschaltung von mehreren Halbleiterlichtquellen angeschlossen. Dies stellt die einfachste und kostengünstigste Ausführungsform der Schaltungsanordnung dar.
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In einer anderen Ausführungsform ist eine Stromquellenschaltung zum Treiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle an den Ausgang des Vollwellengleichrichters angeschlossen. Dadurch wird eine konstante Lichtabgabe der Halbleiterlichtquellen bewerkstelligt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein elektronisches Betriebsgerät zum Treiben der Halbleiterlichtquellen an den Ausgang des Vollwellengleichrichters angeschlossen. Diese Maßnahme stellt die aufwändigste, aber auch qualitativ hochwertigste Ausführungsform dar, da hier die Lichtabgabe der Halbleiterlichtquellen immer auf einem gleichen Niveau gehalten wird, und die Halbleiterlichtquellen gedimmt werden können.
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Es wird ebenfalls eine Retrofitlampe angegeben, die eine Schaltungsanordnung gemäß den oben genannten Merkmalen aufweist.
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In einer Ausführungsform ist die Retrofitlampe als stabförmige Retrofitlampe eingerichtet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Retrofitlampe als kompakte Retrofitlampe eingerichtet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Retrofitlampe,
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2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform mit 2 Vollwellengleichrichtern und Wendelwiderständen,
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3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform mit zwei Vollesellengleichrichtern und einer Stromquellenschaltung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen,
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4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer dritten Ausführungsform mit einem Vollesellengleichrichter und einem elektronischen Betriebsgerät zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen,
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5a den Eingangsstrom und die Eingangsspannung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beim Hochlauf an einem elektronischen Betriebsgerät für Leuchtstofflampen in einer kleinen Zeitauflösung,
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5b den Eingangsstrom und die Eingangsspannung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Betrieb an einem elektronischen Betriebsgerät für Leuchtstofflampen in einer großen Zeitauflösung,
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6 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Retrofitlampe an einem konventionellen Vorschaltgerät mit elektronischem Starter,
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7 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Retrofitlampe an einem elektronischen Betriebsgerät,
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8 das Zusammenspiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer vierten Ausführungsform mit einem Transformator und einem Vollwellengleichrichter zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen mit einem ersten elektronischen Betriebsgerät nach dem Stand der Technik,
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9 das Zusammenspiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer vierten Ausführungsform mit einem Transformator und einem Vollwellengleichrichter zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen mit einem zweiten elektronischem Betriebsgerät nach dem Stand der Technik,
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10 ein Beispiel einer Standardschaltung des elektronischen Betriebsgerätes nach dem Stand der Technik aus 9,
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11 ein Beispiel des Zusammenschaltens einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer fünften Ausführungsform mit einem elektronischen Betriebsgerät nach dem Stand der Technik,
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12 ein Beispiel einer Seriellverschaltung zweier erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen in einer Retrofitlampe,
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13 ein Beispiel des Zusammenschaltens einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform mit einem elektronischen Betriebsgerät nach dem Stand der Technik.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Retrofitlampe 5 in Form einer konventionellen Leuchtstofflampe mit den Anschlüssen 1-1 und 1-2 an einem Ende der Retrofitlampe 5 und den Anschlüssen 2-1 und 2-2 am anderen Ende der Retrofitlampe 5. In diese Retrofitlampe 5 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eingebaut, die eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen betreibt. Die Halbleiterlichtquellen sind bevorzugt Leuchtdioden, die Halbleiterlichtquellen können aber ebenso gut auch organische Leuchtdioden sein. Eine erste Ausführungsform solch einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 ist in 2 gezeigt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 weist vier Eingangsanschlüsse auf, die mit den vier Stiften 1-1, 1-2, 2-1 und 2-2 der Retrofitlampe 5 verbunden sind. Zwischen den Anschlüssen 1-1 und 1-2 ist ein erster Widerstand RW1 anstelle einer ersten Lampenelektrode einer konventionellen Leuchtstofflampe, und zwischen den Anschlüssen 2-1 und 2-2 ist ein zweiter Widerstand RW2 anstelle einer zweiten Lampenelektrode einer konventionellen Leuchtstofflampe geschaltet. Diese Widerstände simulieren die gewendelten Lampenelektroden einer konventionellen Leuchtstofflampe, so dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 auch an intelligenten elektronischen Betriebsgeräten eingesetzt werden kann, die anhand des Wendelwiderstandes prüfen, ob eine korrekte Leuchtstofflampe in die Leuchte eingesetzt ist. Die Widerstände sind somit Lampenelektrodenersatzwiderstände, und werden dabei so gewählt, dass sie den Wendelwiderständen der entsprechenden zu ersetzenden Leuchtstofflampen entsprechen.
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In der folgenden Tabelle sind beispielhaft einige Lampentypen der Fa. Osram und ihre korrespondierenden Wendelwerte aufgeführt:
| Sockel | Lampentyp | Widerstand |
| 2G7 | DULUX S/E 5 W | 50 Ohm |
| 2G11 | DULUX L 18 W | 9 Ohm |
| G5 | T5 HE 14 W | 40 Ohm |
| G13 | L 15 W | 50 Ohm |
| GX24d-1 | DULUX T/E 13 W | 30 Ohm |
| GX24q-4 | DULUX T/E 42 W | 13 Ohm |
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Dabei haben der erste Widerstand RW1 und der zweite Widerstand RW2 dieselben Widerstandswerte. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin 2 Vollwellengleichrichter GL1 und GL2 auf, wobei der Eingang des ersten Vollwellengleichrichters GL1 an den Anschluss 1-1 und den Anschluss 2-1 der Retrofitlampe 5 angeschlossen ist, und der Eingang des zweiten Vollwellengleichrichters GL2 an den Anschluss 1-2 und den Anschluss 2-2 der Retrofitlampe 5 angeschlossen ist. Die Ausgänge der beiden Vollwellengleichrichter GL1 und GL2 sind parallel geschaltet. An die parallel geschalteten Ausgänge der Vollwellengleichrichter GL1 und GL2 ist eine Serienschaltung mehrerer Leuchtdioden 55 angeschlossen. Es kann aber auch lediglich eine einzelne Diode vorgesehen sein. Parallel zu diesen Leuchtdioden 55 ist ein Stützkondensator CI geschaltet.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 in einer zweiten Ausführungsform mit zwei Vollwellengleichrichtern und einer Stromquellenschaltung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen. Die zweite Ausführungsform ist im Aufbau sehr ähnlich zur ersten Ausführungsform, daher werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben. Die zweite Ausführungsform weist eine Stromquellenschaltung 21 auf, deren Transistor T1 seriell zu den Leuchtdioden 55 geschaltet ist. Durch die Stromquellenschaltung kann der Strom, der durch die Leuchtdioden 55 fließt auf einen Sollwert geregelt werden. Weiterhin weist die Stromquellenschaltung den Vorteil auf, dass bei Ausschalten der erfindungsgemäßen Retrofitlampe 5 der Transistor T1 sperrt, und die Leuchtdioden 55 nicht mehr nachleuchten können, was sie bei der ersten Ausführungsform aufgrund des Stützkondensators CI tun.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 in einer dritten Ausführungsform mit einem Vollwellengleichrichter und einem elektronischen Betriebsgerät zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen. Bei hohen Ansprüchen an die Lichtqualität kann es notwendig sein, den Strom durch die Leuchtdioden 55 bei beliebigen Eingangsspannungen und bei verschiedenen Temperaturverhältnissen immer so zu regeln, dass die Lichtabgabe der Leuchtdioden 55 immer möglichst gleichmäßig ist. Dazu kann ein elektronisches Betriebsgerät 22 eingesetzt werden, welches diese Funktion übernimmt. Der restliche Teil der Schaltungsanordnung dient dann nur noch zur Umformung der Eingangsspannung und zur Sicherstellung der korrekten Betriebsweise der erfindungsgemäßen Retrofitlampe 5 an einem konventionellen Vorschaltgerät oder an einem elektronischen Betriebsgerät. In dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist lediglich ein Vollwellengleichrichter vorgesehen. Dessen Eingang ist an die Anschlüsse 1-1 und 2-1 angeschlossen. Durch die Einsparung des zweiten Vollwellengleichrichters kann es jedoch passieren, dass ein Teil der Leistung über die Widerstände RW1 und RW2 fließt, was zusätzliche Verluste verursacht.
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Die 5a und 5b zeigen beispielhaft den Eingangsstrom I1 und die Eingangsspannung U1 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beim Hochlauf und im Betrieb an einem elektronischen Betriebsgerät für Leuchtstofflampen in verschiedenen Zeitauflösungen von 200 μs/div in der 5a und 10 μs/div in der 5b. Es ist gut zu sehen, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den vom elektronischen Betriebsgerät vorgegebenen Spannungs- und Stromverlauf folgt und somit einen sicheren Betrieb gewährleistet.
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6 zeigt ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Retrofitlampe 5 an einem konventionellen Vorschaltgerät aufweisend eine Lampendrossel D und einem elektronischen Starter S. Hierbei ist zu bemerken, dass für den ordnungsgemäßen Betrieb der erfindungsgemäßen Retrofitlampe 5 weder die originale Lampendrossel D noch der Starter S entfernt oder gebrückt werden müssen. Die erfindungsgemäße Retrofitlampe 5 kann einfach anstatt einer konventionellen Gasentladungslampe in die Leuchte eingesetzt werden.
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7 zeigt ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Retrofitlampe 5 an einem elektronischen Betriebsgerät 2. Auch hier gilt das oben beschriebene, die erfindungsgemäße Retrofitlampe 5 kann ohne Umbau der Leuchte mit dem originalen elektronischen Betriebsgerät 2 betrieben werden.
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8 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 in einer vierten Ausführungsform mit einem Transformator und einem Vollwellengleichrichter zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen und das Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 in der vierten Ausführungsform mit einem ersten elektronischen Betriebsgerät 2 nach dem Stand der Technik. Der Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen liegt darin, dass hier ein Transformator L3 zur Spannungsanpassung vorgesehen ist. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn die Spannung, die das vorgeschaltete Betriebsgerät abgibt, stark von der gesamten Flussspannung der in der Retrofitlampe zur Anwendung kommenden Leuchtdioden differiert. Nach der Spannungsanpassung durch den Transformator L3 wird die Spannung wie in den vorhergehenden Ausführungsformen gleichgerichtet und an die Leuchtdioden angelegt.
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9 zeigt das Zusammenspiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer vierten Ausführungsform mit einem Transformator und einem Vollwellengleichrichter zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen mit einem zweiten elektronischen Betriebsgerät nach dem Stand der Technik. In dieser Ausführungsform ist ein Kondensator C4 zur Entstörung zwischen die beiden Wicklungen geschaltet. Das elektronische Betriebsgerät nach dem Stand der Technik weist weiterhin einen Gleichspannungswandler und einen Wechselrichter auf.
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10 zeigt die Standardschaltung eines elektronischen Betriebsgerätes nach dem Stand der Technik im Zusammenspiel mit einer Leuchtstofflampe in der bestimmungsgemäßen Verschaltung. Die Schaltung des Betriebsgerätes für Leuchtstofflampen ist im Wesentlichen die gleiche wie in 9, das Betriebsgerät weist einen Gleichspannungswandler und einen Wechselrichter auf. Hier ist zusätzlich die Verschaltung mit einer Leuchtstofflampe, für die ein solches Gerät bestimmt ist, gezeigt. An diese Anschlüsse, an die normalerweise die Leuchtstofflampe angeschlossen wird, wird die erfindungsgemäße Retrofitlampe 5 mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 angeschlossen.
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Diese Verbindung ist in 11 gezeigt, hier kommt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer fünften Ausführungsform zum Einsatz. Diese Ausführungsform entspricht der vierten Ausführungsform, nur dass hier, wie in den ersten drei Ausführungsformen Widerstände R1, R2 zum Einsatz kommen, die die Wendelwiderstände der Leuchtstofflampen simulieren. Damit kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch, wie oben schon behandelt, an intelligenten Betriebsgeräten betrieben werden, die die Wendelwiderstände vor dem Lampenstart messen.
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Da es Leuchtstofflampen in verschiedenen Längen und verschiedenen Wattagen gibt, ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung so aufgebaut ist, dass sie modular verwendet werden kann. Ein solches Beispiel ist in 12 gezeigt. Hier werden zwei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen seriell in einer erfindungsgemäßen Retrofitlampe zusammengeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Modul produziert werden kann, die dann entsprechend den Anforderungen der Retrofitlampe entweder einzeln oder zu mehreren zusammengeschaltet werden kann. Bei Einsatz einer flexiblen Leiterplatte im Rolle-zu-Rolle Verfahren in der Fertigung können auf der Leiterplatte spezielle Trennlinien 56, 57 vorgesehen sein, an denen die Leiterplatte getrennt beziehungsweise zusammengeschaltet werden kann. An diesen Punkten können natürlich auch Stecker vorgesehen sein, mittels derer zwei oder mehr Module miteinander verbunden werden können. Es werden lediglich zwei Verbindungspunkte benötigt. Der erste Verbindungspunkt 57 verbindet die Primärwicklungen der Transformatoren miteinander, der zweite Verbindungspunkt 56 verbindet die Schaltungsmassen miteinander. Die Primärwicklungen sind hier in Reihe geschaltet, es ist aber ebenfalls eine Parallelschaltung denkbar. Diese würde die Anzahl der Verbindungspunkte aber auf 3 erhöhen. Alternativ können weitere Verbindungspunkte 58, 59 zwischen den Wendelwiderständen und der Schaltung vorgesehen sein, die ebenfalls mit oder ohne Steckverbindung ausgeführt sein können. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Wendelwiderstände nicht Teil der Platine sind, so dass bei Verwendung einer Retrofitlampe für den Einsatz an konventionellen Vorschaltgeräten oder einfachen elektronischen Vorschaltgeräten diese einfach entfallen können. Anstatt der Verbindungspunkte kann aber auch eine Alternativbestückung auf der Platine vorgesehen sein.
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Durch die Zusammenschaltung zweier Module wird die Systemleistung ebenfalls auf beide Module aufgeteilt. Dies hat mehrere Vorteile: Durch die kürzeren Leistungswege kann eine Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit erreicht werden. Vor allem bei den beengten Platzverhältnissen in T5-Retrofitlampen wird dadurch der Transformator genügend klein, um in das Lampengehäuse zu passen, ohne dass ein Sonderbauteil für den Transformator verwendet werden muss. Auch der Ausgangskondensator C1, C2 wird aufgeteilt, somit kann hier eine Type mit höherer Lebensdauer verwendet werden, die sonst ebenfalls nicht in dem beengten Gehäuse einer T5-Lampe Platz finden würde.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung um eine getrennte Steuerung erweitert werden, so dass mit einem Schaltungsteil eine Grundlast und Grundhelligkeit erzeugt wird, und mit dem anderen Schaltungsteil die Farbtemperatur eingestellt werden kann. Bei dieser Ausführungsform dürfen die Leuchtdioden natürlich nicht auf je 2 Hälften verteilt sein, sondern müssen in geeigneter Weise miteinander verschaltet sein, um einen geeigneten Lichteindruck zu erreichen.
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13 zeigt ein Beispiel des Zusammenschaltens einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform mit einem elektronischen Betriebsgerät nach dem Stand der Technik. Hier ist noch eine Adapterschaltung zur Stabilisierung der Betriebsspannung für die Leuchtdioden vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- elektronisches Betriebsgerät für Leuchtstofflampen
- 5
- erfindungsgemäße Retrofitlampe
- 21
- Stromquellenschaltung
- 22
- elektronisches Betriebsgerät für Leuchtdioden
- 55
- Serienschaltung von Leuchtdioden
- 56, 57
- Verbindungspunkte zwischen zwei Modulen
- 58, 59
- Verbindungspunkte zwischen Modul und Wendelwiderstand
- GL1
- erster Vollwellengleichrichter
- GL2
- zweiter Vollwellengleichrichter
- GL
- Vollwellengleichrichter
- S
- Starter
- D
- konventionelle Lampendrossel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0094837 A1 [0004]
