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Die
Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
einer Leuchtstofflampe sind drei Phasen, nämlich eine Vorheizphase, eine
Zündphase
und als dritte Phase der Betrieb der Leuchtstofflampe, zu beachten.
In der Vorheizphase werden die Elektroden der entsprechenden Leuchtstofflampe
vorgeheizt. An der Leuchtstofflampe darf während der Vorheizphase jedoch
nur eine derartig kleine Spannung anliegen, daß kein Zündvorgang zustande kommt, d.h.
während
der Vorheizphase ist ein sog. Kaltstart zu vermeiden. Die Vorheizphase
dauert üblicherweise
größenordnungsmäßig 0,5
bis 5 Sekunden.
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Nach
Beendigung der Vorheizphase, d.h. in der Zündphase muß an der Leuchtstofflampe eine derartig
hohe Spannung anliegen, daß es
zum Zünden
der Leuchtstofflampe kommt. Bei tiefen Temperaturen bzw. bei Leuchtstofflampen
kleinen Durchmessers können
zum Zünden
Spannungen von größenordnungsmäßig 600
V bei den üblichen Arbeitsfrequenzen
elektrischer Vorschaltgeräte
erforderlich sein. Die Zündphase
dauert größenordnungsmäßig 5 bis
50 msec.
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In
der Betriebsphase, d.h. während
des Betriebes liegt an einer Leuchtstofflampe die Brennspannung
an, die im Bereich zwischen größenordnungsmäßig 50 V
und 150 V liegen kann. Während des
Betriebes fließt
durch die Leuchtstofflampe der Brennstrom, der bspw. größenordnungsmäßig zwischen
100 und 500 mA beträgt.
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Wie
sich aus dem oben Gesagten ergibt, wird in der Vorheizphase nur
die Heizleistung benötigt,
während
an der Leuchtstofflampe die Spannung unterdrückt wird. In der daran anschließenden Zündphase
wird eine hohe Spannung und eine hohe Leistung benötigt. Diese
hohe Spannung und hohe Leistung wird jedoch nur während einer
sehr kurzen Zeitspanne benötigt.
Während
des Betriebes wird dann die im Vergleich zur Zündspannung relativ niedrige Betriebsspannung
sowie die Betriebsleistung benötigt.
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Bei
herkömmlichen
Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräten
werden die drei oben genannten Arbeitsphasen z.B. derartig gehandhabt,
daß in
jeder dieser drei Phasen jeweils nur die erforderlichen Spannungs-
und Stromwerte an der Leuchtstofflampe anliegen.
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Ein
gattungsgemäßes Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät ist aus
der
US 5,440,209 bekannt.
Dort wirkt jedoch eine Drossel gleichzeitig als Primärwicklung
eines Transformators, dessen Sekundärwicklungen an die Heizwicklungen
der Leuchtstofflampenelektroden angeschlossen sind.
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Die
DE 40 05 776 A1 beschreibt
eine Schaltungsanordnung zum Starten und/oder zum Betrieb einer
Leuchtstofflampe an einer Gleichspannung. Diese Schaltungsanordnung
besitzt einen Oszillator, dessen Ausgangssignale eine digitale Ansteuerschaltung
ansteuern. Die Ausgangssignale der digitalen Ansteuerschaltung steuern
MOS-FETS an, die mit einer Primärwicklung
eines Transformators in Gegentaktschaltung zusammenwirken. Zwischen
den MOS-FETS und den Enden der Primärwicklung befinden sich Dioden,
die lediglich einen Stromfluß von der
Primärwicklung
zu den MOS-FETS zulassen. Der Heizstromkreis der Elektroden der
Leuchtstofflampe enthält
einen Gleichrichter und in Reihe damit einen Transistor, der von
der Ansteuerschaltung zu Beginn und zur Beendigung der Vorheizphase
angesteuert wird. Die Lampenspannung ergibt sich aus der Pulsbreite
der Ansteuersignale der MOS-FETS und die Zündung der Leuchtstofflampe
wird durch Zusammenwirken der MOS-FETS mit den Dioden bewirkt.
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Eine
Schaltungsanordnung für
das Starten und die Helligkeitsregelung einer Leuchtstofflampe im
Betrieb an einem Wechselstromnetz, bspw. einem Flugzeugbordnetz,
ist aus der
DE 40 25
939 C2 der Anmelderin bekannt. Diese bekannte Schaltungsanordnung
ist mit einer der Leuchtstofflampe vorgeschalteten Drossel, einem
im Eingangsstromkreis vorgesehenen Meßglied und einem Schalter ausgebildet,
der zwischen den beiden Lampenelektroden liegt und mittels einer
Steuerschaltung in Phasenverschobenen Schaltzeitpunkten periodisch
schaltbar ist. Das Meßglied
ist ein Strommesser, der die Stromgröße erfaßt und im Betrieb zum Ausgleich
von sichtbaren Helligkeitsschwankungen die Schaltzeitpunkte der
Steuerschaltung verschiebt. Beim Startvorgang überwacht die Steuerschaltung
die Zündversuche und
das Leuchten der Leuchtstofflampe. Die Steuerschaltung öffnet einen
in einer Netzzuleitung angeordneten Schalter, wenn die Leuchtstofflampe
nach einer gewissen Anzahl von Zündversuchen
oder einer bestimmten Zeit nach dem ersten Zündversuch nicht gezündet hat.
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Aus
der
DE 40 13 360 C2 der
Anmelderin ist eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe
an einem Wechselstromnetz bekannt, dessen Spannung im Bereich der
Brennspannung der Leuchtstofflampe liegt. Der Leuchtstofflampe ist
eine Drossel vorgeschaltet und zur Leuchtstofflampe ist ein Schalter
parallelgeschaltet, der in jeder Netzhalbwelle beim Nulldurchgang
geschlossen und nach einer bestimmten Schließzeit in dieser Netzhalbwelle
geöffnet
wird. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist der Wechselstromwiderstand
der Drossel so bemessen, daß der
Lampenstrom größer ist
als der Lampenstrom beim Betrieb der Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz,
dessen Spannung wesentlich höher
ist als die Brennspannung der Leuchtstofflampe.
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Bei
bekannten Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräten der eingangs genannten
Art wird oftmals zwischen der Zünd-
und der Betriebsphase keine Unterscheidung gemacht bzw. dafür Sorge
getragen, daß die
an der Leuchtstofflampe anliegende Spannung zu deren Zündung ausreicht.
Nach dem Zünden
der Leuchtstofflampe prägt
dann die mit der Sekundärwicklung des
Transformators in Reihe geschaltete Drossel den Lampenbetriebsstrom
ein. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Zündspannung weist die Sekundärwicklung
des Transformators des Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes eine
entsprechend große
Windungszahl auf. Damit sich durch den relativ hohen Brennstrom
keine zu große
Erwärmung
des Transformators des Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes ergibt,
ist es erforderlich, daß die
Sekundärwicklung
einen entsprechend großen
Drahtquerschnitt besitzt. Das führt
jedoch zu einem entsprechend großen Gewicht des Transformators.
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Dieselben Überlegungen
gelten bezüglich der
mit der Sekundärwicklung
des Transformators in Reihe geschalteten, den Lampenstrom während des Betriebes
der Leuchtstofflampe prägenden
Drossel.
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Der
Transformator und die Drossel derartiger bekannter Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte der eingangs
genannten Art führen
folglich zu entsprechend voluminösen
und relativ schwergewichtigen Vorschaltgeräten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vergleichsweise kompaktes
Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes sind
in den Ansprüchen
2 und 3 gekennzeichnet.
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Infolge
seiner relativ kompakten Ausbildung eignet sich das erfindungsgemäße Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät insbes.
für Leuchtstofflampen
in Luftfahrzeugen bzw. für
7 mm-Leuchtstofflampen in den besagten Luftfahrzeugen, weil nicht
nur eine entsprechende Kompaktheit gewährleistet wird, sondern das
erfindungsgemäße Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät auch vergleichsweise
leichtgewichtig ausbildbar ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in
der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes. Die
Figur zeigt die Schaltungsanordnung des Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes 10 mit
einem ersten Transformator 12, der eine Primärwicklung 14,
eine Sekundärwicklung 16 und
Elektrodenheizwicklungen 18 und 20 aufweist. Die
Elektrodenheizwicklung 18 ist mit Kontakten 22 und
die Elektrodenheizwicklung 20 ist mit Kontakten 24 verbunden.
Mit den Kontakten 22 und 24 sind die Heizelektroden 26 und 28 einer Leuchtstofflampe 30 kontaktierbar
bzw. kontaktiert.
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Mit
der Sekundärwicklung 16 des
Transformators 12 ist die eine Drossel 32 bildende
Sekundärwicklung 34 eines
zweiten Transformators 36 in Serie geschaltet. Der Serienschaltkreis
aus der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 und der Sekundärwicklung des zweiten Transformators 36 ist mit
den Kontakten 22 und 24 verbunden und durch die
entsprechende Leuchtstofflampe 30 geschlossen.
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Der
zweite Transformator 36 weist eine erste Primärwicklung 38 und
eine zweite Primärwicklung 40 auf.
Die erste Primärwicklung 38 ist
mit einem ersten Schalter 42 und die zweite Primärwicklung 40 ist mit
einem zugehörigen
zweiten Schalter 44 in Reihe geschaltet. Die erste Primärwicklung 38 ist
zur Elektrodenheizwicklung 20 und somit über die
Sekundärwicklung 34 des
zweiten Transformators 36 zur Sekundärwicklung 16 des ersten
Transformators 12 entgegengerichtet bzw. antiparallel geschaltet.
Die zweite Primärwicklung 40 ist
zur Elektrodenheizwicklung 20 und somit über die
Sekundärwicklung 34 des zweiten
Transformators 36 zur Sekundärwicklung 16 des ersten
Transformators 12 gleichwirkend bzw. parallel geschaltet.
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Mit
der zweiten Primärwicklung 40 ist
eine Impedanz 46 in Reihe geschaltet.
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Zweckmäßigerweise
sind der erste und der zweite Schalter 42, 44 von
MOS-FETS gebildet.
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Wir
bereits erwähnt
worden ist, muss bei bekannten Vorschaltgeräten die Sekundärwicklung
des Transformators eine derartig große Windungszahl besitzen, dass
in der Sekundärwicklung
eine entsprechende hohe Zündspannung
erzeugt werden kann. Die Zündspannung
liegt bei bekannten Vorschaltgeräten
bspw. größenordnungsgemäß zwischen
dem 4,8- bis 12-fachen der Brennspannung. Mit einer entsprechend
großen
Windungszahl muss also die Sekundärwicklung des Trans formators
bekannter Vorschaltgeräte
dimensioniert sein. Erfindungsgemäß ist die Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 des Vorschaltgerätes 10 derartig bemessen,
dass die Spannung an der Sekundärwicklung 16 z.B.
nur 1,5 bis 2 mal so groß ist
wie die Leuchtstofflampen-Brennspannung, d.h. die zwischen den Kontakten 22 und 24 der
Leuchtstofflampe 30 anliegende Spannung während der
Brennphase der Leuchtstofflampe 30. Das bedeutet jedoch
dass die Windungszahl der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 im Extremfall auf 1/8 (=1,5:12) der
Sekundärwicklungszahl
des Transformators bekannter Vorschaltgeräte reduziert werden kann. Diese
Reduktion geht mit einer entsprechenden Reduktion des Gesamtvolumens
des Vorschaltgerätes 10 bzw.
seines Gewichtes einher. In jedem Falle ist eine Reduktion auf den
Faktor 0,42 (=2:4, 8) der Sekundärwicklungszahl
bekannter Vorschaltgeräte,
d.h. um mehr als 50%, möglich.
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Die
an der Sekundärwicklung 16 während der
Vorheizphase anstehende Spannung ist bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät 10 in
aller Regel so gering, dass eine Zündung der Leuchtstofflampe 30 während dieser
Vorheizphase nicht erfolgen kann. Um während dieser Vorheizung eine
Zündung
der Leuchtstofflampe 30 zuverlässig zu verhindern, wird zuerst
der Schalter 42 geschlossen. Dadurch wird bewirkt, dass
die durch den bogenförmigen
Pfeil 48 angedeutete Heizspannung an die erste Primärwicklung 38 des
zweiten Transformators 36 geschaltet wird. Diese Heizspannung
(Pfeil 48) wird mit dem Übersetzungsverhältnis der
Windungszahl der ersten Primärwicklung 38 zur
Windungszahl der Sekundärwicklung 34 des
zweiten Transformators 36 übersetzt und steht an der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 an. Diese an der Sekundärwicklung 34 anstehende übersetzte
Spannung ist durch den bogenförmigen
Pfeil 50 angedeutet. Die an der Sekundärwicklung 16 des ersten
Transformators 12 anstehende Spannung ist durch den bogenförmigen Pfeil 52 verdeutlicht.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die an der Sekundärwicklung 34 des
zweiten Transformators 36 durch die erste Primärwicklung 38 ansteigende
Spannung (Pfeil 50) zu der an der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 anstehenden Spannung 52 entgegengesetzt
bzw. antiparallel gerichtet, so dass die zwischen den Kontakten 22 und 24 gegebene
Spannung entsprechend klein ist. Eine Zündung der Leuchtstofflampe 30 wird während dieser
Vorheizphase bei geschlossenem ersten Schalter 42 also
zuverlässig
verhindert.
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Da
während
dieser Vorheizphase die Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 nicht von einem Strom durchflossen
wird, kann die Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 einen entsprechend kleinen Wicklungsquerschnitt
besitzen. Auch der Stromfluss durch die erste Primärwicklung 38 des
zweiten Transformators 36 bleibt während dieser Vorheizphase gering.
Sind die Heizelektroden 26 und 28 der Leuchtstofflampe 30 ausreichend
vorgeheizt, so wird der erste Schalter 42 geöffnet und
der zweite Schalter 44 geschlossen. In diesem Schaltzustand
ist die zweite Primärwicklung 40 aktiviert,
so dass sich an der Sekundärwicklung 34 des
zweiten Transformators 36 entsprechend dem zugehörigen Übersetzungsverhältnis der
Windungszahlen der zweiten Primärwicklung 40 zur
Sekundärwicklung 34 des
zweiten Transformators 36 an der Sekundärwicklung 34 eine
durch den bogenförmigen Pfeil 54 angedeutete
Spannung ergibt, die mit der durch den bogenförmigen Pfeil 52 verdeutlichten Spannung
an der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 gleichgerichtet, d.h. in Serie
geschaltet ist. Die Windungszahlen der zweiten Primärwicklung 40 und
der Sekundärwicklung 34 des
zweiten Transformators 36 sind derartig bemessen, dass die
Summe aus der Spannung (Pfeil 52) der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 und der Spannung (Pfeil 54)
an der Sekundärwicklung 34 des zweiten
Transformators 36 zum Zünden
der Leuchtstofflampe 30 zuverlässig ausreicht. Wenn die Leuchtstofflampe 30 gezündet hat,
so begrenzt die mit der zweiten Primärwicklung 40 in Reihe
geschaltete Impedanz 46 den elektrischen Strom durch die zweite
Primärwicklung 40 und
somit den elektrischen Strom entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des
zweiten Transformators 36 in der Sekundärwicklung 34. Die
Impedanz 46 wird erfindungsgemäß zweckmäßigerweise derartig dimensioniert,
dass vor dem Zünden
der Leuchtstofflampe 30 die Spannungen (Pfeil 52)
der Sekundärwicklung 16 des
ersten Transformators 12 und der Sekundärwicklung 34 (Pfeil 50)
des zweiten Transformators 36 möglichst gleichphasig sind.
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Bevorzugt
ist es, wenn – wie
bereits erwähnt worden
ist – der
erste und der zweite Schalter 42, 44 als MOS-FETS
realisiert sind, die als Wechselspannungsschalter arbeiten. Der
Ansteuerkreis solchermaßen
realisierter Schalter 42, 44 ist üblicherweise auf
Masse bezogen, so dass die Wicklungen 34, 38, 40 des
zweiten Transformators 36 sowie die Wicklungen 14, 16, 18 und 20 des
ersten Transformators 12 galvanisch getrennt sein müssen.
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- 10
- Leuchtstsofflampen-Vorschaltgerät
- 12
- Erster
Transformator
- 14
- Primärwicklung
- 16
- Sekundärwicklung
- 18
- Elektroden-Heizwicklungen
- 20
- Elektroden-Heizwicklungen
- 22
- Kontakte
- 24
- Kontakte
- 26
- Heizelektrode
- 28
- Heizelektrode
- 30
- Leuchtstofflampe
- 32
- Drossel
- 34
- Sekundärwicklung
- 36
- Zweiter
Transformator
- 38
- 1.
Primärwicklung
- 40
- 2.
Primärwicklung
- 42
- 1.
Schalter
- 44
- 2.
Schalter
- 46
- Impedanz
- 48
- Pfeil
- 50
- Pfeil
- 52
- Pfeil
- 54
- Pfeil