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Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät"
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Die Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät.
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Der Betrieb einer handelsüblichen Leuchtstofflampe erfolgt an Netzspannung
unter Verwendung eines Vorschaltgerätes in Form einer Drossel oder eines sogenannten
kapazitiven Vorschaltgeräts, bei dem ein Kondensator und eine Drossel hintereinandergeschaltet
sind. Ublicherweise liegt parallel zur Lampe ein Starter (Glimmstarter, Glimmzünder),
der beim Einschalten der Lampe die Elektroden vorheizt und sich beim Ingangkommen
der Entladung selbständig abschaltet.
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Diese Vorschaltgeräte sind zum einen verhältnismäßig aufwendig, die
erforderliche Heizung führt häufig zu einer unbequemen Wartezeit bis zum Aufleuchten
der Lampe, und die Verwendung einer Gleichspannungsquelle mit verhältnismäßig niedriger
Ausgangsspannung zur Stromversorgung ist nicht möglich.
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Daruber hinaus ist die Lichtausbeute verhältnismäßig gering.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät
anzugeben, das eine schnellere Zündung ermöglicht, einen einfacheren Aufbau hat
und mit Gleichspannung betreibbar ist.
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Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Vorschaltgerät
einen Oszillator aufweist, dessen Impulse
im Leerlauf eine zur Lampen-Kaltzündung
ausreichende Amplitude und bei Belastung durch mindestens eine gezündete Leuchtstofflampe
eine Amplitude und Folgefrequenz aufweisen, die ausreicht, den gezündeten Zustand
der Leuchtstofflampe aufrechtzuerhalten.
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Ein solcher Oszillator läßt sich mit verhältnismäßig einfachen Mitteln
ausbilden und durch Gleichspannung betreiben. Die hohen Impulse ermöglichen praktisch
eine Sofortzündung. Das Heizen der Elektroden kann entfallen Überraschenderweise
ergibt sich eine höhere Lichtausbeute (das Verhältnis des von der Lampe abgegebenen
Lichtstroms zur zugeführten Leistung) bei gleichem Lichtstrom im Vergleich zu bekannten
Leuchtstofflampen. Ferner ist es möglich, auf herkömmliche Weise betriebene Leuchtstofflampen
nach einem Defekt ihrer Heizwendel noch mit dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät
weiterzubetreiben.
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Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß jeder Leerlaufimpuls des Oszillators
einen hohen Vorlaufimpuls aufweist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die
Leuchtstofflampe auf jeden Fall im ersten Einschaltaugenblick einen hinreichend
hohen Zündimpuls erhält und praktisch sofort danach die Energiezufuhr auf das zur
Aufrechterhaltung der Entladung erforderliche MaB gedrosselt wird. Dies erhöht die
Lebensdauer und steigert die Lichtausbeute der Lampe.
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Sodann ist es günstig, wenn die Abstände der Oszillatorimpulse kleiner
als die Freiwerdezeit der Entladungsstrecke sind.
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Hierbei ist die zugeführte Energie minimal im Vergleich zu dem erzielten
Lichtstrom. Denn der Mittelwert der an der gezündeten Lampe anliegenden Spannungsimpulse
kann niedriger sein, als es der Brennspannung entspricht Vorzugsweise ist der Oszillator
ein Sperrschwinger. Dieser liefert Impulse mit sehr hoher Flankensteilheit, die
zur Erzielung einer Stoßionisation bei der Gasentladung günstig ist.
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Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der Sperrschwinger einen Rückkopplungstransformator
mit zwei Rückkopplungswicklungen und einer Ausgangswicklung aufweist, wobei die
Anzahl der Windungen der Ausgangswicklung wesentlich höher als die der Rückkopplungswicklungen
ist. Dieser Rückkopplungstransformator sorgt durch seinen Rückkopplungsstoß einerseits
für eine die Stoßionisation begünstigende hohe Impulsflankensteilheit und andererseits
aufgrund der daraus resultierenden hohen Flußänderungsgeschwindigkeit, unterstUtztdurch
die hohe ausgangsseitige Windungszahl für sehr hohe Ausgangsimpulse.
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Der Rückkopplungstransformator karneinen Ferritkern aufweisen, der
durch seinen Übergang in die Sättigung zum einen für hohe Flankensteilheiten und
zum anderen für einen kurzen und hohen Vorlaufimpuls sorgen kann.
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Die Verstärkerstufe des Oszillators kann eine Transistorstufe sein.
Diese hat bei geringem Energieverbrauch nur einen geringen Raumbedarf.
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Im einzelnen kann die Verstärkerstufe so ausgebildet sein, daß zwischen
der kollektorseitigen Stromversorgungsleitung der Transistorstufe und dem Kollektoranschluß
die eine Rückkopplungswicklung liegt, daß zwischen der kollektorseitigen Stromversorgungsleitung
und dem basisseitigen Steuereingang der Transistorstufe ein ohmscher Widerstand
liegt, daß zwischen der emitterseitigen Stromversorgungsleitung und dem basisseitigen
Steuereingang der Transistorstufe die Reihenschaltung eines Kondensators und der
anderen Rückkopplungswicklung liegt und daß der Emitteranschluß direkt mit der emitterseitigen
Stromversorgungsleitung verbunden ist. Hierbei kommt man im einfachsten Falle mit
drei Bauelementen zusätlich zu dem Transformator aus.
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Es ist jedoch auch möglich, die Transistorstufe aus zwei parallelgeschalteten
Transistoren auszubilden. Dies führt zu einer Verringerung des Oszillatorinnenwiderstands
und damit zur Verbesserung der Lichtausbeute.
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Um hierbei im Falle unterschiedlicher Toleranzen der Transistordaten
eine unterschiedlicher Belastung der Transistoren zu vermeiden, kann im Basiskreis
mindestens eines der beiden Transistoren ein niederohmiger Widerstand liegen, dessen
Widerstandswert so gewählt ist, daß die Belastung beider Transistoren gleich ist.
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Ferner kann zwischen den Stromversorgungsleitungen des Oszillators
ein spannungsstabilisierender Kondensator liegen. Dieser sorgt für eine Aufrechterhaltung
der Betriebsgleichspannung trotz der impulsartigen Belastung durch die Lampen.
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Darüber hinaus kann in der einen Stromversorgungsleitung eine Gleichrichterdiode
liegen. Diese stellt sicher, daß die Verstärkerstufe des Oszillators bei versehentlich
falsch gepoltem Anschluß der Betriebsgleichspannungsquelle nicht überlastet wird.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand einer schematischen Zeichnung näher beschrieben.
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Darin zeigen: Fig0 1 das Schaltbild eines nach der Erfindung ausgebiliten
Vorschaltgeräts, an das zwei in Reihe geschaltete Leuchtstofflampen angeschlossen
sind und Fig. 2 den Verlauf der Ausgangsimpulse des Vorschaltgertts im Leerlauf.
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Nach Fig. 1 enthält das Vorschaltgerät einen Oszillator in Form eines
Sperrschwingers. Dieser besteht aus einer Transistorstufe mit zwei parallelgeschalteten
Transistoren 1 und 2, einem Transformator 3 mit zwei Rückkopplungswicklungen 4 und
5 und einer Ausgangswicklung 6, einem ohmschen Widerstand 7, einem Kondensator 8
und gegebenenfalls einem oder zwei niederohmigen Widerständen 9 und 10 im Basiskreis
jedes Transistors.
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Die eine Rückkopplungswicklung 4 liegt zwischen der einen Stromversorgungsleitung
11 und dem gemeinsamen Kollektoranschluß 12 der Transistorstufe. Der gemeinsame
Emitteranschluß 13 ist unmittelbar mit der anderen Stromversorgungsleitung 14 verbunden.
Der Widerstand 7 liegt zwischen dem basisseitigen Steuereingang 15 und der einen
Stromversorgungsleitung 11.
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Der Kondensator 8 und die andere Rückkopplungwicklung sind in Reihe
zwischen den Steuereingang 15 und die andere Stromversorgungsleitung 14 geschaltet.
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Wenn die Nenndaten der Transistoren 1 und 2 voneinander abweichen,
kann der Widerstand 9 zwischen dem Steuereingang 15 und der Basigttes Transistors
1 und/oder der Widerstand 10 zwischen dem Steuereingang 15 und der Basis des Transisitors
2 angeordnet sein, wobei der Wert des Widerstands 9 und/oder 10 so gewählt ist,
daß Unterschiede der Transistordaten weitgehend ausgeglichen sind und beide Transistoren
im wesentlichen gleich belastet werden.
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Die Stromversorgungsleitungen 11 und 14 sind durch einen die Versorgungsspannung
stabilisierenden Kondensator 16 verbunden.
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Eine Gleichrichter-diode 17 in der Stromversorgungsleitung 11 verhindert,
daß bei versehentlich falsch gepoltem Anschluß der Betriebsgleichspannungsquelle
an die Stromversorgungsanschlüsse 18 und 19 die Transistoren 1 und 2 Uberlastet
werden.
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An den Ausgangsanschlüssen 20, 21 sind zwei in Reihe geschaltete Leuchtstofflampen
22, 23 handelsüblicher Bauart angeschlossen.
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Ihre Elektroden sind als Heizwendel ausgebildet, ohne daß diese jedoch
beheizt werden.
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Während des Betriebs, der iwkeitpunkt to (s. Fig. 2) ausgelöst wird,
lädt sich der Kondensator 8 zunächst über den Widerstand 7 und die Wicklung 5 auf,
bis im Zeitpunkt t1 ein Basisstrom fließt, der die Transistorstufe leitend werden
läßt. Der daraufhin durch die Wicklung 4 fließende Kollektorstrom induziert dann
eine Spannung in der Wicklung 5, die sich zu der des Kondensators 8 addiert, so
daß die Transistorstufe durch diesen Rückkopplungsstoß schlagartig vollständig durchgesteuert
wird. Der starke Kollektorstromstoß hat eine entsprechend hohe Änderungsgeschwindigkeit
des Transformatorflusses zur Folge, so daß in der Ausgangswicklung 6, in Verbindung
mit ihrer sehr viel höheren Windungszahl als die der Wicklungen 4 und 5 eine sehr
hohe Spannungsspitze im Zeitpunkt t1 induziert wird, wie es in Fig. 2 für den Leerlauffall
dargestellt ist. Dabei wird der Ferritkern des Transformators in die Sättigung getrieben,
so daß die Änderungsgeschwindigkeit des Flusses und damit die Ausgangsspannung bis
zum Zeitpunkt t2 wieder abnimmt. Der Kondensator kann sich gleichzeitig über den
Basis-Emitter-Kreis der Transistorstufe und die Wicklung 5 umladen. Sobald hierbei
das Potential des Steuereingangs 15 etwa das Emitterpotential unterschreitet, wird
die Transistorstufe gesperrt und der Kollektorstrom unterbrochen. Diese Unterbrechung
vollzieht sich im Zeitpunkt t3 wiederum schlagartig aufgrund des Rückkopplungsstoßes
durch die sich umpolende Spannung der Wicklung 5. Der Transformatorkern wird entsättigt
und die Ausgangsspannung praktisch null. Bis zum Zeitpunkt t4 kann sich der Kondensator
dann wieder über den Widerstand 7 aufladen, wonach sich der beschriebene Zyklus
wiederholt.
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Der Vorlaufimpuls 24 ist im Leerlauf so hoch, etwa 2 bis 4 kV, daß
er die Leuchtstofflampen 22 und 23 auch im kalten Zustand sicher zündet, so daß
eine Heizung der Lampenelektroden entfällt. Im gezündeten Zustand der Leuchtstofflampen
tritt dann zwar eine Verflachung der Impulse auf etwa 100 Volt (die Brennspannung
der Leuchtstofflampen) ein, jedoch reicht ihre Amplitude und ihr Abstand von t3
bis t4 weiterhin aus, um die Zündung aufrechtzuerhalten, da der Abstand von t3 bis
t4 kleiner als die Freiwerdezeit der Leuchtstofflampen gewählt ist.
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Hierbei ist der Lichtstrom (in Lumen) der Leuchtstofflampen im Verhältnis
zu der dem Vorschaltgerät über die Anschlüsse 18 und 19 zugeführten Leistung, also
die Lichtausbeute (in Lm/W), wesentlich höher als bei herkömmlichen Leuchtstofflampen
mit induktivem Vorschaltgerät und Starter, die unmittelbar aus dem Wechselstromnetz
gespeist werden, da hier zum einen die Heizleistung eingespart und zum anderenunmittelbar
nach der Zündung die Energiezufuhr selbsttätig auf das zur Aufrechterhaltung der
Entladung erforderliche Maß gedrosselt wird. Wegen der wesentlich höheren, im Bereich
von 10 kHz bis 20 kHz, vorzugsweise bei 17 kHz, liegenden Betriebsfrequenz als es
der üblichen Netzfrequenz entspricht, kommt man darüber hinaus mit einem kleinen
Transformatorkern aus.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel können folgende Bauelemente
verwendet werden: Transistor 1 ... 2 N 3055 Transistor 2 .0. 2 N 3055 Transformator
3 ... Ferritkern Wicklung 4 .00 7 Windungen, 0,5 mm, Cu-Litze Wicklung 5 .. 0 10
Windungen, 0,5 mm, Cu-Li Wicklung 6 ... 460 Windungen, 0,2 mm0, Cu-Li
Widerstand
7 ... 180 Ohm (150...200 Ohm), 10 bis 15W Kondensator 8 ... 0,33/uF (0,2...0,471uF),
100 V Widerstand 9 ... 0 bis 5 Ohm Widerstand 10 ... O bis 5 Ohm Kondensator 16
... 220/uF, 30 Volt Diode 17 ... 50 V/3A (Siliz. 1N5153) Leuchtstofflampen 22,23
... 40 W, 220 Veffs 0,44 A, Stabform In Abhängigkeit von der gewünschten Leuchtdichte
kann das Vorschaltgerät anders dimensioniert sein. Gegebenenfalls genügt nur eine
Leuchtstofflampe, oder es werden mehr als zwei Leuchtstofflampen in Reihe geschaltet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel lag die Lichtausbeute (in
Lumen pro Watt) bei etwa dem Sfachen der gleichen Leuchtstofflampen mit herkömmlichen
induktivem Vorschaltgerät.