DE19719789A1

DE19719789A1 - Kompakte Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung

Info

Publication number: DE19719789A1
Application number: DE19719789A
Authority: DE
Inventors: David Joesph Kachmarik; Thomas Frederick Soules; Raymond Albert Fillion; Erwin Gale Steinbrenner; Donald W Kuk
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-10
Publication date: 1997-11-20
Also published as: US5703440A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Leuchtstofflampen- und Vor schaltanordnungen und insbesondere auf derartige Lampen- und Vorschaltanordnungen, die sich durch Kompaktheit auf der einen Seite und eine Minimierung der Betriebstemperatur der Vorschaltkomponente für eine lange Lampenlebensdauer auf der anderen Seite auszeichnen.

Elektronische Vorschaltanordnungen für hohe Frequenzen (z. B. 30 bis 100 kHz), die in kompakte Leuchtstofflampen eingebaut sind, verwenden üblicherweise zwei Stufen der Leistungsumwandlung. Eine erste Wandlerschaltung empfängt die ankommende Leitungswechselspannung mit einer Frequenz von beispielsweise 50 bis 60 Hertz und wandelt diese Span nung in eine Gleichspannung um. Dies wird üblicherweise mit einer Gleichrichterschaltung getan, die eine Diodenbrücke, Filter und üblicherweise einen oder zwei Eletrolytkondensa toren enthält, um die entstehende Kurve zu glätten. Der gleichgerichtete Strom oder Gleichstrom wird dann einer zweiten Wandlerschaltung zugeführt, die üblicherweise ein selbstschwingender Klasse D Wechselrichterkreis ist, der eine Resonanz- oder Schwingdrossel, einen Resonanz- oder Schwingkondensator und die Lampe enthält. Die Lampe verhält sich wie ein Widerstand mit einer Impedanz, der mit anstei gendem Strom abfällt. Die zweite Wandlerschaltung enthält üblicherweise Hilfsschaltungen, wie beispielsweise eine Schaltungsanordnung, um eine hohe Spannungsspitze zum Star ten der Lampenentladung bei jeder Periode zu erzeugen, und in einigen Fällen eine Vorwärmschaltung, um die Lampenelek troden vor dem Starten zu erwärmen.

Ein Schlüsselproblem bei der Auslegung einer Vorschaltanord nung für eine kompakte Leuchtstofflampe ist die Frage, wie die genannten zwei Wandlerschaltungen aufgebaut werden sol len, so daß die Lampe und die Vorschaltanordnung in den Raum passen, der gewöhnlich für Glühlampen vorgesehen ist. Dieses Problem wird durch die Tatsache noch komplizierter, daß die Anschlüsse oder Enden der Lampenröhren sich in das Vorschaltgehäuse erstrecken müssen, um an der Vorschaltan ordnung im Sockel befestigt zu werden. Diese Anschlüsse, insbesondere die zwei, die die Lampenelektroden enthalten, übertragen eine große Wärmemenge in das Vorschaltgehäuse Die entstehenden hohen Temperaturen können verschiedene wärmeempfindliche elektronische Komponente vorzeitig beschä digen oder zerstören. Das Problem wird noch komplizierter durch die Tatsache, daß die Komponenten der Vorschaltanord nung selbst ebenfalls Wärme erzeugen, wenn sie bei den ho hen Strömen betrieben werden, die üblicherweise in kompak ten Leuchtstofflampen verwendet werden. Die kombinierten Erwärmungseffekte von der Lampe und der Vorschaltanordnung wirken einer kleinen kompakten Vorschaltanordnung entgegen, die eng in das Unterteil der Lampe paßt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Leucht stofflampen- und Vorschaltanordnung zu schaffen, die Kom paktheit und einen Betrieb bei einer in wünschenswerter Weise niedrigen Temperatur beibehält.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Leucht stofflampen- und Vorschaltanordnung der vorstehend genannten Art zu schaffen, die einen Lampensockel aufweist, der in eine Fassung paßt, die auch eine Glühlampe aufnehmen kann.

Erfindungsgemäß wird eine Leuchtstofflampen und Vorschal tanordnung geschaffen, die einen Lampensockel für eine Ver bindung mit einer Fassung aufnimmt, die auch den Lampensockel von einer Glühlampe aufnehmen kann. Eine Vorschaltan ordnung enthält eine erste Wandlerschaltung, die eine Wech selspannung in eine Gleichspannung umwandelt und die einen Elektrolytkondensator zum Glätten der Gleichspannung auf weist. Die Vorschaltanordnung enthält weiterhin eine zweite Wandlerschaltung, die die Gleichspannung in eine Wechsel spannung umwandelt und die eine Resonanz- oder Schwingdros sel und einen Resonanz- oder Schwingkondensator enthält. Ein Vorschaltgehäuse hat erste und zweite Enden, die ent lang einer Längsachse des Gehäuses im Abstand sind und es umschließt Teile der Vorschaltanordnung. Nur zwei Lampen röhrenabschnitte enden in dem ersten Ende des Vorschaltge häuses, wobei die Schwingdrossel zwischen den zwei Lampen röhrenabschnitten angeordnet ist. Vorzugsweise sind zwei gedruckte Schaltkarten in dem Vorschaltgehäuse zwischen dem Elektrolyt-Kondensator und der Schwingdrossel angeordnet und ihre Abmessungen sind so gewählt, daß sie den Kondensator konvektiv von der Drossel und der Lampenröhrenabschnitten abschirmen. Im wesentlichen alle Komponenten der Vorschal tanordnung sind zusätzlich zu der Schwingdrossel und dem Elektrolyt-Kondensator sandwichartig zwischen den zwei ge druckten Schaltkarten angeordnet. Zusätzlich ist der Elek trolyt-Kondensator vorzugsweise wenigstens teilweise in dem Lampensockel angeordnet. Die Verwendung aller vorgenannten Merkmale zusammen hat Vorschaltkomponenten-Temperaturen, die gleich oder kleiner als VorSchaltkomponenten-Temperatu ren bei vergleichbar hoher Leistung (d. h. mehr als etwa 20 Watt), aber viel größeren Vorschaltanordnungen zur Folge gehabt, die in die Lampe integriert sind (wie hier).

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an Hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbei spielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen, teilweise in Block form dargestellten Schaltbild eine Vorschaltanordnung für eine Leuchtstofflampe.

Fig. 2 ist eine vereinfachte Seitenansicht von einer kom pakten Leuchtstofflampe gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine vereinfachte Seitenansicht und zeigt die konvektive Trennung von einem Elektrolytkondensator von ei ner Schwingdrossel durch eine gedruckte Schaltkarte.

Fig. 4 ist ähnlich wie Fig. 3, zeigt aber die Verwendung von zwei gedruckten Schaltkarten, um eine konvektive Tren nung von einem Eletrolytkondensator von einer Schwingdros sel zu erreichen.

Fig. 1 zeigt eine Vorschaltanordnung für eine Lampe 10, beispielsweise eine kompakte Leuchtstofflampe. Die Vor schaltanordnung enthält einen ersten Wandler 12, der eine Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 14 emp fängt und sie in eine Gleichspannung umwandelt. Um dies zu tun, enthält der Wandler 12 üblicherweise einen Vollweg-Brückengleichrichter 16 beispielsweise des p-n Diodentyps. Ein oder mehrere Elektrolyt-Kondensatoren 18 werden verwen det, um die durch den Gleichrichter 16 erzeugte Gleichspan nung zu glätten. Ein zweiter Wandler 20 wandelt dann die Gleichspannung, die er empfängt, in einen hochfrequenten Wechselstrom um, der zur Versorgung der Lampe 10 verwendet wird. Die Wandlerschaltung 20 enthält eine durch einen Os zillator 22 getriebene Halbbrücke und eine Anpaßeinrich tung 24, die üblicherweise eine Schwing- oder Resonanzdros sel L_R und einen in Reihe geschalteten Schwing- oder Reso nanzkondensator C_R aufweist, wobei die Lampe 10 dem Reso nanzkondensator C_R parallel geschaltet ist.

Fig. 2 bezeigt eine Lampen- und Vorschaltanordnung 30, die erfindungsgemäße Merkmale enthält. Die Anordnung 30 weist Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 auf, die entsprechende En den haben, die in das obere gezeigte Ende von einem Vor schaltgehäuse 36 eingebaut sind. Ein Anschluß 32A ist für den Lampenröhrenabschnitt 32 gezeigt; ein entsprechender Anschluß für den Lampenröhrenabschnitt 34 (nicht gezeigt) besteht auf der Rückseite der gezeigten Lampe und hat vor zugsweise die gleiche allgemeine Form wie der Anschluß 32A. Die Anschlüsse der Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 sind vorzugsweise in einem Winkel zu einer Längsache 38 des Vor schaltsgehäuses 36 angeordnet. Diese "gewinkelten" An schlüsse und die Fortsetzung der Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 nach oben in entsprechenden wendelförmigen Konfigu rationen hat eine besonders kompakte Konfiguration für die Lampe 30 in der vertikalen Richtung zur Folge. Dies kann in vorteilhafter Weise gestatten, daß die Lampe 30 in Lampen sockel paßt, die ursprünglich für eine übliche Glühlampe ausgelegt waren.

Die entsprechenden oberen Bereiche der Lampenröhrenab schnitte 32 und 34 sind durch einen Röhrenabschnitt 40 mit einander verbunden. In dem nur zwei Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 in das Vorschaltgehäuse 36 münden, anstatt bis zu sechs oder acht wie beim Stand der Technik, ist die Tempe ratur des angrenzenden Vorschaltgehäuse beträchtlich ver ringert, z. B. üblicherweise um 30 bis 35°C, was merklich zu der Lebensdauer der nahegelegenen Vorschaltkomponenten (nicht gezeigt) beiträgt.

Das Vorschaltgehäuse 36 ist als durchsichtig gezeigt, um so die Anordnung der Resonanzdrossel L_R in diesem Gehäuse zweckmäßig darzustellen; in der Praxis würde das Gehäuse 36 undurchsichtig sein. Die Resonanzdrossel L_R ist aus Zweck mäßigkeitsgründen mit einer diagonalen Schraffierung ge zeigt. Die Resonanzdrossel L_R ist vorzugsweise mit der Längsachse 38 des Vorschaltgehäuse ausgerichtet und zwi schen den Enden der Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 ange ordnet (z. B. 32A und sein nicht gezeigtes Gegenstück für den Röhrenabschnitt 34). Der Grund hierfür ist, daß die Re sonanzdrossel L_R, die üblicherweise einen auf einen Ferrit kern gewickelten Draht aufweist, relativ temperaturunemp findlich ist im Vergleich zu anderen Vorschaltkomponenten und den üblichen Temperaturen von 110 bis 140°C, die nahe den Lampenröhrenenden bestehen, widerstehen kann. Auf der anderen Seite ist die Resonanzdrossel L_R selbst ein signi fikanter Wärmeerzeuger und dient in vorteilhafter Weise dazu, die unteren Enden der Lampenröhrenabschnitte zu er wärmen, die ein quecksilberhaltiges Amalgam enthalten kön nen. Dies beschleunigt die Aufwärmung der Lampe und sorgt für eine bessere Steuerung der Temperatur des Amalgams, was eine bessere Quecksilberdampfdrucksteuerung zu Folge hat.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Lampensockel 42 unter dem Vorschaltgehäuse 36 vorgesehen und kann, was üblich ist, zwei Anschlüsse 44 aufweisen für eine Verbindung mit einer Leistungsversorgung (nicht gezeigt). Der Lampensockel 42 kann einen üblichen Edison-Schraubsockel des Typs auf weisen, der für übliche Glühlampen verwendet wird. Der Lam pensockel 42 ist als durchsichtig gezeigt, um so besser die Anordnung des Elektrolyt-Kondensators 18 wenigstens teil weise innerhalb des Lampensockels zu zeigen; in der Praxis ist der Lampensockel undurchsichtig. Der Eletrolyt-Konden sator 18, dessen Funktion in Verbindung mit Fig. 1 be schrieben wurde, ist aus Zweckmäßigkeitsgründen getupft ge zeigt. Der Elektrolyt-Kondensator 18, der eine der wärme empfindlicheren Komponenten der Vorschaltanordnung ist, ist vorteilhafter Weise in einem wesentlichen Abstand von der Wärme der Lampenröhrenanschlüsse (z. B. 32A) und auch von der Wärme der Resonanzdrossel L_R angeordnet, obwohl er noch eine vertikal kompakte Lampe gestattet.

Da sowohl die Resonanzdrossel L_R als auch der Elektrolyt-Kondensator 18 relativ groß sind im Vergleich zu den ande ren Vorschaltkomponenten, tragen ihre entsprechenden Anord nungen zwischen der Enden der Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 und innerhalb des Lampensockels 42 in signifikanter Weise zu der vertikalen Kompaktheit der Lampe bei.

Vorzugsweise bleibt das Volumen der Lampe über der Reso nanzdrossel L_R und ihrem überdeckenden Abschnitt des Vor schaltgehäuse 36, d. h. zwischen den wendelförmigen Windun gen der Lampenröhrenabschnitte 32 und 34, leer. Der Grund hierfür ist, daß irgendetwas innerhalb dieses Volumens, das als ein lichterzeugender Bereich der Lampe dient, eine Ab sorption zur Folge hat und somit den Wirkungsgrad der Lampe verkleinert.

Zusätzlich zu der genannten Abstandsbildung zwischen dem Elektrolyt-Kondensator 18 und der Resonanzdrossel L_R kann eine zusätzliche thermische Abtrennung des Kondensators durch Anordnung einer konvektiven Trennwand zwischen diesen Komponenten erhalten werden. Eine derartige konvektive Trennwand ist in Fig. 3 als eine gedruckte Schaltkarte 50 gezeigt, die den Kondensator 18 von der Resonanzdrossel L_R trennt. Die gedruckte Schaltkarte 50 ist in dem Vorschalt gehäuse 36 angeordnet und so dimensioniert, daß sie das Ge häuse in obere und untere Abschnitte unterteilt; auf diese Weise schirmt die Schaltkarte 50 den Kondensator 18 von der Resonanzdrossel L_R konvektiv ab. Vorzugsweise sind die auf der Oberfläche angebrachten Komponenten 52 der gedruckten Schaltkarte 50 nach unten gerichtet, wie es gezeigt ist, d. h. von den Lampenröhrenabschnitten (z. B. 32A) und der Re sonanzdrossel L_R weg; dies minimiert die Erwärmung dieser Komponenten. Die elektrischen Verbindungen von der Reso nanzdrossel L_R und dem Elektrolyt-Kondensator 18 sind aus Zweckmäßigkeitsgründen in Fig. 3 weggelassen.

Eine noch robustere konvektive Trennwand zwischen dem Elek trolyt-Kondensator 18 und der Resonanzdrossel L_R ist durch die Anordnung gemäß Fig. 4 gebildet, die zwei gedruckte Schaltkarten 60 und 62 verwendet. Wie bei der gedruckten Schaltkarte 50 in Fig. 3 sind diese gedruckten Schaltkar ten 60 und 62 so dimensioniert, daß sie das Vorschaltge häuse 36 in obere und untere Bereiche teilt; auf diese Weise schirmen die Schaltkarten 60 und 62 den Elektrolyt-Kondensator 18 von Resonanzdrossel L_R konvektiv ab. Die auf der Oberfläche angebrachten Vorschaltkomponenten 64 und 66 auf den Schaltkarten 60 bzw. 62 sind vorzugsweise sandwich artig zwischen den zwei Karten angeordnet, wie es gezeigt ist, wobei die Karten mit engem Abstand angeordnet sind, um eine gute Kompaktheit der Lampen zu erzielen. Vorzugsweise enthalten die auf der Oberfläche angebrachten Komponenten 66 auf der unteren gezeigten Karte 62, die dem ankommenden Leitungsstrom am nähesten gelegen sind, die Gleichrichter brücke (Brücke 16 in Fig. 1) und irgendwelche Filter; die auf der Oberfläche angebrachten Komponenten 64 auf der obe ren gezeigten Karte 60 enthalten den Oszillator (22 in Fig. 1) und andere Hilfsschaltungen. Drähte für eine Verbin dung der Schaltkarte 60 und 62 untereinander und zum Ver binden des Elekrolyt-Kondensators 18 und der Resonanzdros sel L_R mit den Karten sind aus Zweckmäßigheitsgründen in Fig. 4 nicht gezeigt.

Die verschiedenen auf der Oberfläche angebrachten Komponen ten, die vorstehend in Verbindung mit den Schaltkarten be schrieben sind (z.B. 50 in Fig. 3 und 64 & 66 in Fig. 4), enthalten vorzugsweise eine integrierte Schaltung zum Zu sammenfassen der elektrischen Funktionen der mehreren dis kreten Komponenten.

Vorstehend sind verschiedene Merkmale zum Minimieren der Temperatur von besonders temperaturempfindlichen Vorschalt komponenten beschrieben worden, während ein kompakter Lam penaufbau beibehalten ist. Diese Merkmale beinhalten, daß nur zwei Lampenröhrenabschnitte 32 und 34 im Vorschaltge häuse enden; die Resonanzdrossel L_R zwischen Lampenröhre nenden (z. B. 32A) angeordnet ist; vorzugsweise der Sand wichaufbau der gedruckten Schaltkarten 60 und 62 verwendet wird, um so die temperaturempfindlichen Vorschaltkomponen ten konvektiv von den die Hauptwärme erzeugenden Elementen, d. h. der Lampe und der Resonanzdrossel L_R, abgeschirmt wer den; und der Elekrolyt-Kondensator 18 wenigstens teilweise in dem Lampensockel 42 angeordnet wird. Die Verwendung al ler dieser Merkmale gemeinsam hat Vorschaltkomponenten-Tem peraturen zur Folge gehabt, die gleich oder niedriger als Vorschaltkomponenten-Temperaturen bei vergleichbar hoher Leistung (d. h. größer als etwa 20 Watt) sind, aber bei viel größeren Vorschaltanordnungen, die in die Lampe integriert sind (wie hier). Insbesondere machen es übliche Lampenkon struktionen möglich, den wärmeempfindlichen Elekrolyt-Kon densator unter etwa 80°C zu halten. Noch wichtiger ist bei diesen hohen Leistungen, daß alle Vorschaltkomponenten bei oder unter ihrer Nenntemperatur arbeiten können.

Claims

1. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung mit einem Lam pensockel zur Verbindung mit einer Fassung, in der auch ein Lampensockel von einer Glühlampe aufnehmbar ist, gekennzeichnet durch:

(a) eine Vorschaltanordnung enthaltend:
(i) eine erste Wandlerschaltung (12) zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung, wobei die erste Wandlerschaltung (12) einen Elektrolyt-Kondensator (18) zum Glätten der Gleichspannung aufweist, und
(ii) eine zweite Wandlerschaltung (20) zum Umwandeln der Gleichspannung in eine Wechselspannung, wobei die zweite Wandlerschaltung (20) eine Resonanzdrossel (L_R) und einen Resonanzkondensator (C_R) aufweist,
(b) ein Vorschaltgehäuse (36) mit ersten und zweiten Enden, die entlang einer Längsachse des Gehäuse im Abstand ange ordnet sind und Teile der Vorschaltanordnung umschließt, und
(c) nur zwei Lampenröhrenabschnitte (32, 34) der Lampe (10) enden in dem ersten Ende des Vorschaltgehäuses (36), wobei die Resonanzdrossel (L_R) zwischen zwei Lampenröhrenab schnitten (32, 34) angeordnet ist.

2. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gedruckte Schaltkarte (50; 60), die in dem Vorschaltgehäuse (36) zwischen dem Elektro lyt Kondensator (18) und der Resonanzdrossel (L_R) angeord net ist, wobei eine erste Hauptfläche der gedruckten Schaltkarte (50; 60) auf den Elektrolyt-Kondensator (18) gerichtet und eine zweite Hauptfläche auf die Resonanzdros sel (L_R) gerichtet ist, und wobei die gedruckte Schaltkarte 50; 60) so dimensioniert ist, daß der Elektrolyt-Kondensa tor (18) von der Resonanzdrossel (L_R) und den Lampenröhren abschnitten (32, 34) konvektiv abgeschirmt ist.

3. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Lampensockel (42) an dem zweiten Enden des Vor schaltgehäuses (36) befestigt ist und
(b) der Elektrolyt-Kondensator (18) wenigstens teilweise in dem Lampensockel (42) angeordnet ist.

4. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle übrigen Vorschaltkomponenten von der Resonanzdrossel (L_R) und den Lampenröhrenabschnitten (32, 34) durch die gedruckte Schaltkarte (50; 60) konvektiv abgeschirmt sind.

5. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schaltkarte (62) in dem Vorschaltgehäuse (36) parallel zu der ersten ge druckten Schaltkarte (60) zwischen dem Elektrolyt-Kondensa tor (18) und der Resonanzdrossel (L_R) angeordnet ist, wobei die zweite gedruckte Schaltkarte (62) so dimensioniert ist, daß sie den Elektrolyt-Kondensator (18) von der Resonanz drossel (L_R) und den Lampenröhrenabschnitten (32, 34) kon vektiv abschirmt, wobei der Elektrolyt-Kondensator (18) mit der ersten gedruckten Schaltkarte (62) und die Resonanz drossel (L_R) mit der zweiten gedruckten Schaltkarte (60) verbunden ist.

6. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Lampensockel (42) an dem zweiten Ende des Vor schaltgehäuses (36) befestigt ist und
(b) Elektrolyt-Kondensator (18) wenigstens teilweise in dem Lampensockel angeordnet ist.

7. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle Vor schaltkomponenten zusätzlich zu der Resonanzdrossel (L_R) und dem Elektrolyt-Kondensator (18) sandwichartig zwischen den zwei gedruckten Schaltkarten (60, 62) angeordnet sind.

8. Leuchtstofflampen und Vorschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Nennleistung von mehr als etwa 20 Watt hat.

9. Leuchtstofflampen- und Vorschaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Lampenröhrenabschnitte (32, 34) der Lampe (10) in dem Vorschaltgehäuse (36) unter einem Winkel zu der Längsachse des Vorschaltgehäuses enden, wobei sich jeder Lampenröhrenab schnitt (32, 34) von dem ersten Ende des Vorschaltgehäuses (36) weg erstreckt und mit einem entsprechenden wendelför migen Lampenröhrenabschnitt verbunden ist, und die Reso nanzdrossel (L_R) zwischen den zwei Lampenröhrenabschnitten (32, 34) angeordnet ist.