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SchaltunSsanordung zur HellitKeitssteuerung von Leucht-
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stofflampen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstofflampen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Derartige Schaltungsanordnungen zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstofflampen
nach dem Prinzip der Phasenan schnittsteuerung unter Verwendung eines Dimmers sind
allgemein bekannt und beispielsweise in dem BBC-Fachbueh 'gVorschaltgeräte und Schaltungen
für Niederspannungsentladungslampen'9, Verlag Giradet, Essen, .50 Auflage 1974 beschrieben.
Dort sind auch sämtliche für solche Schalzungen notwendigen Anlagenteile beschrieben,
auch Spezialvorschaltgera'te und Spezialheiztransformatoren, die anstelle der Standardkomponenten
eingesetzt werden können.
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Die bekannten Schaltungsanordnungen sind gut geeignet zur Steuerung
der seit vielen Jahren gebräuchlichen Leuchtstofflampen mit einem Durchmesser von
38 mm. In neuerer Zeit werden daneben Leuchtstofflampen mit 26 mm Durchmesser verwendet.
Diese Leuchtstofflampen lassen sich mit den bekannten Schaltungsanordnungen nicht
ohne weiteres in ihrer Helligkeit steuern, da sie eine im
Vergleich
zu Leuchtstofflampen mit 38 mm Durchmesser höhere Zündspannung benötigen, die mit
den bekannten Schaltungsanordnungen nicht oder nicht zuverlässig erreicht wird.
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Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstofflampen der eingangs genannten Art anzugeben,
die einen zuverlässigen und auch bei minimal eingestellter Helligkeit flackerfreien
Betrieb der Leuchtstofflampen mit erhöhter Zündspannung gewährleistet, wobei eine
Weiterverwendung der bisher gebråuchlichen Standardkomponenten möglich sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung
mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Weiterverwendung
vorhandener Standard komponenten zur Helligkeitssteuerung, wenn eine Umrüstung von
Lampen mit 38 mm Durchmesser auf Lampen mit erhöhter Zündspannung erfolgt. Es muß
lediglich zusätzlich ein Hochfrequenzgenerator installiert werden, der sehr preiswert
herstellbar ist. Auf den Einsatz von Zündhilfen in Form eines Zündstreifens oder
eines Schirmgitters kann sowohl bei Leuchtstofflampen mit 38 mm als auch mit 26
mm Durchmesser vorteilhaft verzichtet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In der Zeichnung ist eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitssteuerung
von Leuchtstofflampen dargestellt.
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Diese Schaltungsanordnung geht zunächst von einer üblichen Anordnung
einer Leuchtstofflampe 1 mit einem Vorschaltgerät 2, einem Heiztransformator 3 zur
V3rheizung der Elektroden 4 a, b der Leuchtstofflampe 1, einem Dimmer 5 und einem
Grundlastgerät 6 aus. Dabei ist die Netzspannung mit der Phase L und dem Nulleiter
N zuin Eingang des Dimmers 5 geführt. Der gesteuerte Ausgang S des Dimmers 5 ist
über das Vorschaltgerät 2 mit der Elektrode 4 a der Leuchtstofflampe 1 und direkt
mit dem S-Anschluß des Grundlastgerätes 6 verbunden. Der Ausgang L1 des Dimmers
5s der im Dimmer 5 wie auch das steuerbare Halbleiterbauelement des Dimmers selbst
über einen Schalter mit der Phase L verbunden ist, ist zu einem ersten Anschluß
der Primärwicklung des Heiztransformators 3 und zum L1-Anschluß des Grundlastgerätes
6 geführt. Der Nulleiter N ist zum N-Anschluß des Grundlastgerätes 6, zu einem zweiten
Anschluß der PrimErwicklung des Heiztransformators 3 und zu der nicht mit dem Vorschaltgerät
2 verbundenen Elektrode 4 b der Leuchtstofflampe 1 geführt. Die SekundErwicklungen
des Heiztransformators 3 sind jeweils mit den Elektroden 4 a, b direkt verbunden.
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Das Grundlastgerät 6 enthalt eine kapazitive Last, die an die Anschlüsse
N und S angeschlossen ist, sowie einen Funkentstörkondensator zwischen dem L1- und
dem N-j4nschluß. Anstelle des Grundlastgerätes 6 kann auch eine Glühlampenlast (z.B.
25 W) zwischen die ausgänge L1 und N des Dimmers 1 geschaltet werden, S wodurch
sich bei Verwendung von Leuchtstofflampen 1 mit 26 mm Durchmesser bessere Steuereigenschaften
als bei Verwendung eines
Grundlastgerätes 6 ergeben.
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Da mit der bisher beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung nicht
die erforderliche Zündspannung für Leuchtstofflampen mit 26 mm Durchmesser erreicht
wird, ist erfindungsgemäß zusätzlich ein Hochfrequenzgenerator 7 vorgesehen.
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Der Hochfrequenzgenerator 7 enthält eine Hintereinanderschaltung eines
Einschaltverzögerers 8, eines Frequenzumsetzers 9, eines Übertragers 10 und eines
Koppelkondensators 11. Im einzelnen liegt der Einschaltverzögerer 8 eingangsseitig
am L1-Ausgang des Dimmers 5 und ausgangsseitig am ersten Eingang des Frequenzumsetzers
9.
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Der zweite Eingang des Frequenzumrichters ist direkt mit dem N-Ausgang
des Dimmers 5 verbunden.
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Der Frequenzumsetzer 9 ist ausgangsseitig mit der Primärwicklung des
Übertragers 10 beschaltet. Die Sekundärwicklung des Übertragers 10 liegt einerseits
am N-Ausgang des Dimmers 5 und damit gleichzeitig an der Elektrode 4 b der Leuchtstofflampe
1, andererseits über den Koppelkondensator 11 an der Elektrode 4 a.
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Der Hochfrequenzgenerator 7 dient zur Erzeugung einer hochfrequenten
Wechselspannung aus der niederfrequenten Netzwechselspannung. Als Frequenzumsetzer
9 können dabei wahlweise ein Sperrwandler, ein Oszillator mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker
oder ein Umrichter mit steuerbaren Halbleiterventilen eingesetzt werden.
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Die vom Hochfrequenzgenerator 7 an die Elektrode 4 a, b der Leuchtstofflampe
1 abgegebene hochfrequente Wechselspannung muß in ihrer Frequenz über 20 kHz liegen,
um
nicht vom menschlichen Ohr wahrnehmbar zu sein. Andererseits
sollte die Frequenz jedoch nicht zu hoch gewählt werden, da sich die Verluste in
den steuerbaren Halbleiterbauelementen des Frequenzumsetzers 9 mit steigender Frequenz
vergrößeren. Vorzugsweise wird deshalb eine Frequenz im Bereich 25 ... 35 kHz gewählt.
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Der Einschaltverzögerer 8 verbindet den Frequenzumsetzer 9 erst nach
Ablauf einer Zeitspanne von 1 .. 2 s nach Einschalten des Dimmers 5 mit dem Li-Ausgang
des Dimmers, und damit mit der Phase der Netzspannung, um eine ausreichende Vorheizung
der Elektroden 4 a, b der Leuchtstofflampe 1 zu ermöglichen. Danach wird die hochfrequente
Wechselspannung unabhängig von der gerade gewählten Dimmer-Einstellung an die Elektroden
4 a, b abgegeben. Je nach Schaltzustand des steuerbaren Halbleiterbauelementes des
Dimmers sind dabei drei unterschiedliche ZeStspannen innerhalb einer Halbwelle der
Netzwechselspannung zu unterscheiden.
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Bei gesperrtem Dimmer-Halbleiterbauelement führt die vom Hochfrequenzgenerator
7 an die Elektroden 4 as b abgegebene hochfrequente Wechselspannung zu einer Ionisierung
der hochohmigen Gasentladungsstrecke der Leuchtstofflampe 1, wobei jedoch nur ein
geringer Anteil an sichtbarem Licht erzeugt wird. Im Augenblick des Durchschaltens
des Dimmer-Halbleiterbauelements überlagern sich die hochfrequente Wechselspannung
und die niederfrequente Phasenanschnittspannung, was wegen des hohen ohmschen Widerstandes
der Gasentladungsstrecke zu einer hohen Spannungsamplitude von ca. 1000 V führt
Folglich wird die Gasentladungsstrecke in der Leuchtstofflampe 1 durchgezUndetO
Bei leitendem Dimmer-Halbleiterbauelement, d.h, während der Brenndauer der Leuchtstofflampe
1,
ergibt sich ebenfalls eine Überlagerung der niederfrequenten Phasenanschnittspannung
und der hochfrequenten Wechselspannung. Da die durchgezündete Gasentladungsstrecke
jedoch niederohmig ist, wird die Spannungsamplitude der hochfrequenten Wechselspannung
stark reduziert, der Ausgang des Hochfrequenzgenerators 7 wird also niederohmig
überbrückt.
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Die der Leuchtstofflampe 1 während der Brenndauer zugeführte Leistung
wird größtenteils über das Vorschaltgerät 2 und nur zum geringen Teil über den Hochfrequenzgenerator
7 geliefert. Bei maximaler Dimmeraussteuerung ist die über das Vorschaltgerät bezogene
Leistung ca. 30 Mal größer als die'vom Hochfrequenzgenerator abgegebene Leistung.
Trotzdem ermöglicht gerade dieser geringe vom Hochfrequenzgenerator 7 bereitgestellte
Leistungsanteil den Betrieb von Leuchtstofflampen mit erhöhter Zündspannung. Dabei
wird ein flackerfreier Betrieb auch bei sehr gering eingestellter Lampenhelligkeit
gewährleistet. Der mittels des Dimmers 5 einstellbare Hell/Dunkel-Steuerbereich
der Leuchtstofflampe 1 wird im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungsanordnungen
zur Helligkeitssteuerung wesentlich vergrößert. Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen
ist ein Hell/Dunkel-Verhältnis von ca. 1 : 7 erreichbar, während mit der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung ein Hell/Dunkel-Verhältnis von 1 : 14 und mehr erzielbar ist,
bei völliger Flackerfreiheit der Lampe.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung wird beim Betrieb von mehr als
einer Leuchtstofflampe erweitert. Bei Einsatz einer weiteren Leuchtstofflampe 12
sind ein zweites Vorschaltgerät 13 sowie ein zweiter
Heiztransformator
14 vorzusehen, und zwar wird das Vorschaltgerät 13 zwischen eine Elektrode 15 a
der Leuchtstofflampe 12 und den S-Anschluß des Dimmers 5 geschaltet. Eine weitere
Elektrode 15 b der Lampe 12 ist mit dem N-Ausgang des Dimmers 5 verbunden. Die Primärwicklung
des zweiten Heiztransformators 14 liegt parallel zur Primärwicklung des ersten Beiztransformators
3. Die beiden Sekundärwicklungen des Heiztransformators 14 sind direkt an die Elektroden
15 a, b.
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der Leuchtstofflampe 1 angeschlossen. Zur Ankopplung des Hochfrequenzgenerators
7 an die zweite Leuchtstofflampe 12 ist ein weiterer Kondensator 16 vorgesehen,
der mit der Elektrode 15 a verbunden ist.
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Die Schaltungsanordnung ist in der gleichen Weise zu erweitern, falls
weitere Leuchtstofflampen versorgt werden sollen, wobei Dimmer 5, Grundlastgerät
6 und Hochfrequenzgenerator 7 in vorteilhafter Weise nur einfach vorhanden sein
müssen.
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