DE3321743A1

DE3321743A1 - Anlage zur kontinuierlichen steuerung der helligkeit von gasentladungs- und hochdrucklampen

Info

Publication number: DE3321743A1
Application number: DE19833321743
Authority: DE
Inventors: Uwe 6233 Kelkheim Tischer
Original assignee: TISCHER UWE 6230 FRANKFURT DE
Current assignee: TISCHER UWE 6230 FRANKFURT DE
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1984-12-20

Description

Die unter 1 beschriebene Erfindung soll die Möglich keit bieten ,den Lichtstrom von Leuchtstofflampen, die nach dem Drei-Banden-Prinzip arbeiten,kontinuierlich in einem großen Bereich zu steuern, um z.B. optimale Ausleuchtung von Räumen in Verbindung mit Tageslicht zu erreichen. Außerdem sollte die Anlage die für alle Gasentladungslampen geltenden physikalischen Gesetze berücksichtigen und somit universelle Verwendbarkeit gewährleisten.

Verschiedene Prinzipien zur Steuerung des Lichtstromes bei Drei-Banden-Röhren sind bekannt: Der Betrieb von speziellen HP-Röhren in Verbindung mit einem elektronischen Vorschaltgerät. Dieses Vorschaltgerät beinhaltet einen Netzgleichrichter, dem ein HP-Generator nachgeschaltet ist. Eine Regelschaltung begrenzt den Lampenstrom.Zum Betrieb ist je Leuchtstofflampe oder DUO-Lampe je ein Vorschaltgerät notwendig. Dieses elektronische Vorschaltgerät muß im Lampenkörper eingebaut sein, um die Abstrahlung von Störfrequenzen über die Zuleitung zu verhindern.

Desweiteren existieren Phasenanschnittsteuerungen, die eine ohmsche Grundlast parallel zum Verbraucher betreiben. Diese Anlagen benötigen zusätzlich einen Heiztransformator,der die Wendeln der Lampen aufheizt und so erst den Betrieb im gedimmten Zustand ermöglicht. Zum Anschluß des Heiztransformators ist zusätzlich eine ungeregelte Phase notwendig.
Bei Röhren,die nach dem Drei-Banden-Prinzip arbeiten,

funktionieren diese Schaltungen nur in einem kleinen Bereich (ca. 3OJf),da mit zunehmender Dimmung nicht mehr die notwendige Ionisierungsspannung zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die Dimmung der nach dem Drei-BandenPrinzip arbeitenden Leuchtstoffröhren zu ermöglichen. Die Vorteile dieser Lampen,geringere Leistungsaufnahme und höhere Lichtausbeute gegenüber herkömmlichen L-Röhren, sind bekannt und führten innerhalb kurzer Zeit zur weiten Verbreitung dieses Lampentyps. ⁴ Außerdem sollten für nachträgliche Installationen störende zusätzliche Leitungen entfallen. Die Leuchtstofflampen sollten wie bekannt in Starterschaltung betrieben werden , so daß auch hier Änderungen bei nachträglichen Installationen entfallen.

Fig. 1 Darstellung des Schaltungsprinzips Fig. 2 Darstellung eines Ausführungsbeispiels

mit Sensor
Fig. 3 Darstellung eines Ausführungsbeispiels

mit Handsteuerung
Fig. ¹J Spannungsverläufe an ver. Punkten der Schaltung

Diese Aufgabe wurde wie Pig. 1 zeigt erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ballastwiderstand 13 die Hauptanschlüsse Al und A2 des Triacs 12 überbrückt. Dadurch steht der Leuchtstofflampe 16 nach dem Anlegen der Netzspannung eine Spannung zur Verfügung, die den Betrieb der Glimmstarter ermöglicht und den Triac 12 leitend werden läßt. Die L-Röhre selbst läßt keinen Stromfluß zu, da sie im nichtgezündeten Zustand sehr hochohmig ist. Durch eine entsprechende Ansteuerschaltung 17 wird der Differenzverstärker 4 nach dem Einschalten für ca.30 sek. voll durchgesteuert, so daß die Endstufe 9 schon bei einem sehr kleinen Phasenwinkel Zündimpulse liefert, die den Triac 12 leitend werden lassen.

Nach ca.30 sek. gibt die Steuerschaltung 17 den geregelten Betrieb frei und die Spannung am Eingang (Pin 5) des Differenzverstärker ^ wird~~veränderfear in Abhängigkeit des Widerstandselementes 18. Das Synchronisiergatter 1 liefert in Verbindung mit dem Widerstand 2 und dem Kondensator 3 Sägezahnimpulse an den Eingang des Differenzverstärkers 4. Um Phasen-Verschiebungen im Laststromkreis 16, hervorgerufen =■ durch die Drossel in der Leuchtstofflampe, zu kompensieren, wird ein geringer Strom auf das Verriegelungsgatter 5 geführt. Dieses Verriegelungsgatter bewirkt, daß erst nach dem Löschen des Triacs 12 ein erneuter Zündvorgang eingeleitet werden kann. Im Differenzierglied, bestehend aus Widerstand 7 und Kondensator 8,.werden die am Ausgang des Differenzverstärkers ¹I entstehenden Sägezahnimpulse in Nadelimpulse umgeformt und steuern die am Ausgang liegende Endstufe 9 an.

Die Stromversorgung der Baugruppen erfolgt aus einem Netzteil 10 , das eine stabilisierte Spannung zur Verfügung stellt.

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-6-Die erzielbaren Vorteile der Erfindung bestehen in einem großen Steuerbereich ,welcher bei ca. 90# der Nennleistung , abhängig vom verwendeten Röhrentyp, liegt. Da der Lichtstrom,der nach dem Drei-Banden-Prinzip arbeitenden Röhren mit sinkender Leistungsaufnahme nicht proportional abnimmt, ergibt sich der Vorteil hoher Lichtausbeute bei geringerer Leistungsaufnahme .

Der Einbau in bestehende Anlagen gestaltet sich besonders einfach, da keine nachträglichen Installationen am..-Leitungsnetz oder an den Lampen vorgenommen werden müssen.

Ebenso wie sich Drei-Banden-Röhren steuern lassen, ist dies mit den herkömmlichen Leuchtstofflampen oder sogenannten Hochdrucklampen möglich. Die entstehende Verlustleistung bleibt mit ca. 2% der angeschlossenen Lampenleistung gering. Durch die Verwendung von Sensorwiderständen kann auf einfache Weise die Lampenhelligkeit der Raumhelligkeit angepaßt werden.

-7-Ausführungsbeispiel 1

Die in Fig.2 gezeigte Schaltung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Die Ansteuerschaltung besteht aus den Bauteilen 1-7 und 11-19· Nach dem Anlegen der Netzspannung lad sich Kondensator 2 über den Ladewiderstand 1, Basisvorwiderstand 3 und die Basis-Emitter-Diode von Transistor 7. Durch leitendwerden von Transistor 7entsteht eine Spannungsteilung an den Widerständen 5 und 6.über Trimmpotentiometer 11 und Photowiderstand lla und der Entkoppelungsdiode I¹I steht am Punkt 44 eine Spannung von ca. 7V an, die über die Diode 17 auf Pin 5 des ICs 22 geführt wird. IC 22 ist ein Schaltkreis vom Typ TCA28OA. Mit einer Spannung von ca. 6-7V am Pin 5 des ICs 22 werden am Pin 10 Zündimpulse erzeugt, die den Triac zum Anfang einer jeden Halbwelle leitend werden lassen. Der Ballastwiderstand 34 wird somit vollständig überbrückt . Die Leuchtstofflampe kann zünden und brennt mit voller Netzspannung. Nachdem sich Kondensator 2 geladen hat, wird Transistor 7 sperren und die Spannung am Punkt 43 steigt bis auf Betriebsspannungsniveau. Je nach Beleuchtung des Photowiderstandes lla steigt die Spannung an Punkt 44 und somit an Pin 5 des ICs 22. Der Zündwinkel des Triacs 33 steigt. Die Zeit, in der die Ionisation nur über den Widerstand 34 aufrechterhalten wird ,steigt ebenso. Da dieser Widerstand 34 im Verhältnis zum durchgesteuerten Triac 33 sehr hochohmig ist, sinkt die Leistung an der Lampe jedoch insgesamt. Fig.4 zeigt den Spannungsverlauf an Punkt 41. Der maximale Zündwinkel kann an Trimmpotentiometer 11 eingestellt werden (bei kurzkeschlossenem Photowiderstand lla).

Die Einstellung des minimalen Zündwinkels erfolgt an Trimmpotentiometer 13· Potentiometer 13 bildet zusammen mit den Widerständen 12 und 15 einen Spannungsteiler und ist über die Dioden I²Ia und 14 vom Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 5 und 6 sowie Transistor 7 entkoppelt. Widerstand 29 führt einen geringen Strom aus dem Laststromkreis auf ein Verriegelungsgatter (Pin 3, IC 22). Dieses Verriegelungsgatter synchronisiert die Abgabe der Zündimpulse, da im Laststromkreis Phasenverschiebungen auftreten,die durch die Induktivität der Drossel 37 in der Leuchtstofflampe hervorgerufen werden. Ein erneuter Zündvorgang wird erst nach vollständigem Löschen des Triacs 33 eingeleitet.

Die am Ausgang des Differenzverstärkers (Pin 7) erscheinende Sägezahnspannung wird über ein Differenzierglied, bestehend aus Kondensator 28 und Widerstand 27, in Nadelimpulse umgeformt ..-.'Diese Nadelimpulse steuern den Eingang der Endstufe (Pin 8) an, die an ihrem Ausgang (Pin 10) die Zündimpulse für den Triac 33 liefert.

über Widerstand 23 wird die Synchronisierstufe (Pin 1) angesteuert, die netzsynchrone Sägezahnimpulse über Pin 2 an den zweiten Eingang des Differenzverstäkers (Pin 6) liefert, In Fig.4 ist der Spannungsverlauf an Pin 2,6 aufgezeichnet.

Die bei einer Phasenanschnittsteuerung entstehenden HF-Störungen werden durch den aus der Drossel 32 und dem Kondensator 35 bestehenden HF-Spannungsteiler herausgefiltert.

Um auch nach kurzeitigem Abschalten der Betriebsspannung sofort wieder Betriebsbereitschaft zu erreichen, entlad die Diode 4 den Kondensator 2 über die Widerstände 5»6 , die Basis-Kollektor-Diode des Transistors 7 und über den Basisvorwiderstand 3. Die Betriebsspannung wird in bekannter Weise aus Transformator 8 mit nachgeschaltetem Gleichrichter und Ladeelko 10 sowie Spannungsstabilisierungs-IC und Siebkondensator 21 gewonnen.

Ausführungsbeispiel 2

Das in Fig.3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich, von der vorhergehenden Schaltung nur darin, daß die Steuerung der Lampenhelligkeit nicht durch einen Photowiderstand, sondern durch ein Potentiometer erfolgt. Solange Transistor 7 durchgesteuert ist,wird die Spannung an Punkt 44 nur von der Einstellung des Trimmpotentiometers 13 bestimmt. Sobald Transistor 7 sperrt steigt die Spannung an Punkt 43. übersteigt jetzt die am Potentiometer 11a eingestellte Spannung die Spannung am Punkt 44 , so wird Diode 14 leitend. Mit steigender Spannung an Punkt 44 steigt auch der Zündwinkel des Triacs 33. Fig.4 zeigt in Abbildung 1 den Spannungsverlauf bei großem Zündwinkel. Abbildung 2 zeigt den Spannungs». ., verlauf bei sehr kleinem Zündwinkel.

Claims

Prankfurt, den 14.Juni 1983 Patentansprüche

Anlage zur kontinuierlichen Steuerung des Lichtstromes von Gasentladungslampen und Hochdrucklampen allgemein, speziell für Leuchtstofflampen, die nach dem Drei-Banden-Prinzip arbeiten.

Anlage nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Verbraucher ein steuerbarer Halbleiter vom Typ Triac (12) oder Thyristor Verwendung findet.

Anlage nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß beide Hauptanschlüsse eines Halbleitergliedes nach Anspruch 2 von einem Widerstand überbrückt werden.

Anlage nach Anspruch 1~3, dadurch gekennzeichnet_s daß über einen Widerstand 6 ein geringer Strom aus dem Laststromkreis l6 auf ein Verriegelungs-= gatter 5 geführt wird, das die Synchronisation der Zündimpulse übernimmt.

Anlage nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Sägezahnimpulse durch ein Synchronisiergatter 1 netzsynchron erzeugt werden.

Anlage nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker 4...dann an seinem Ausgang (Pin.7) Sägezahnimpulse liefert, wenn durch

Verriegelungsgatter 5 die Freigabe erfolgt, vom Synchronisiergatter 1 ein netzsynchroner Sägezahnimpuls anliegt und die Ansteuerschaltung 17 eine Spannung liefert.

7. Anlage nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, ; daß ein Differenzierglied bestehend aus Kondensator 7 und Widerstand 8, die am Ausgang (Pin 7) des Differenzverstärkers erscheinenden Sägezahnimpulse in Nadelimpulse umformt.

8. Anlage nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endstufe 9 die am Eingang (Pin8) liegenden Nadelimpulse verstärkt und über einen Strombegrenzungswiderstand 11 ein steuerbares Halbleiterglied ansteuert.

9. Anlage nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ansteuerschaltung ausgangsspannungbestimmende Teil ein Photowiderstand ist.

.10. Anlage nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ansteuerschaltung ausgangsspannungbestimmende Teil ein Potentiometer ist.