DE4013360C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den Be­ trieb einer Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leucht­ stofflampe ist in der DE 33 27 189 A1 beschrieben. Im Dimmbe­ trieb entsteht durch das phasenverschobene Öffnen des Schal­ ters in jeder Netzhalbwelle ein Zündspannungsimpuls, in des­ sen Folge die Leuchtstofflampe zündet. Die Lampe leuchtet bis sie durch Schließen des Schalters kurzgeschlossen wird. Je nach der Phasenverschiebung lassen sich unterschiedlich Hel­ ligkeiten erreichen.

Im Normalbetrieb, wenn also die Lampe mit 100% Helligkeit leuchten soll, wird der Schalter nur zu Beginn des Normalbe­ triebes geöffnet. Er bleibt dann bis zum Ende des Normalbe­ triebs, also während sehr vieler Perioden der Netzwechsel­ spannung geöffnet. Dabei ist davon ausgegangen, daß die Netzwechselspannung immer wesentlich höher als die zum Be­ trieb der Lampe notwendige Brennspannung ist.

Nach dem Stand der Technik wird dann, wenn die Netzwechsel­ spannung nicht von vornherein wesentlich höher ist als die notwendige Brennspannung der Lampe, die Netzwechselspannung mittels eines Transformators hochtransformiert.

In der CH-PS 5 95 036 ist eine ähnliche Schaltungsanordnung beschrieben. Auch hier ist der Schalter im Normalbetrieb ständig offen, wenn die Lampen auf größte Helligkeit gestellt sind (vgl. Fig. 4). Es ist dabei davon ausgegangen, daß die Netzwechselspannung ausreichend hoch ist, um bei 100% Hel­ ligkeit die Brennspannung der Lampen zu decken, so daß diese nicht erlöschen.

Es wurde gefunden, daß im Normalbetrieb die Lampe erlischt, wenn die Netzwechselspannung so weit erniedrigt wird, daß sie im Bereich der Brennspannung der Lampe liegt. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß die für die Lampe charakteristische Brennspannung kurz nach Beginn jeder Halbwelle höher ist als anschließend.

Die US 39 97 814 offenbart insbesondere in Fig. 8 eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für den Betrieb einer Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz, dessen Spannung im Bereich der Brennspannung der Leuchtstofflampe liegt.

Dabei ist der Leuchtstofflampe eine Drossel vorgeschaltet und ein Schalter parallel geschaltet. Dieser Schalter wird im Normalbetrieb periodisch ein- und ausgeschaltet, so daß die Drossel einen Spannungsimpuls er­ zeugt, der jeweils in einem Moment, in dem die Brennspannung der Leuchtstofflampe größer ist als die Netzwechselspannung, die erforderliche Lampenspannung liefert. Der Schalter wird bei Beginn einer Netzhalbwelle eingeschaltet und bleibt in diesem Schaltzustand bis zu einem bestimmten Zeitpunkt. Erst bei Erreichen dieses Zeitpunktes wird der Schalter abgeschal­ tet. Dadurch entsteht eine Induktionsspannung, die sich der Netzwechselspannung überlagert. Es sind in dieser Druck­ schrift keine Maßnahmen beschrieben, die das zu einer Redu­ zierung der Helligkeit führende Fehlen des Lampenstroms in­ folge der Schließzeit des Schalters ausgleichen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine Vermin­ derung der Helligkeit der Leuchtstofflampe vermieden wird.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale im Kenn­ zeichenteil von Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen die­ ser Lösungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Dadurch ist erreicht, daß die Lampe auch dann mit maximaler Helligkeit leuchtet, wenn der Nennwert der Netzwechselspan­ nung vergleichsweise niedrig ist. Dabei ist besonders vor­ teilhaft, daß ein Transformator auch bei einer vergleichs­ weise niedrigen Netzwechselspannung nicht erforderlich ist. Dies wirkt sich insbesondere in Flugzeug-Bordnetzen als Ge­ wichtseinsparung kostensparend aus, da ein Transformator ein beträchtliches Gewicht hat.

Die Drossel nimmt - solange der Schalter geschlossen ist - Energie aus dem Netz und gibt diese beim Öffnen des Schalters als Spannungsimpuls an die Lampe. Der Spannungsimpuls ergänzt dabei die in diesem Moment an sich zur Deckung der nötigen Brennspannung zu kleine Netzwechselspannung in der Weise, daß die Lampe nicht erlischt. Die Zeit, während der der Schalter geöffnet ist und die Drossel Energie speichert, kann sehr klein in bezug auf die Halbwelle sein.

Die kurzen Unterbrechungen der Brennspannung der Lampe werden nicht sichtbar, insbesondere nicht bei einem Flugzeug-Bord­ netz, das mit einer Frequenz von beispielsweise 400 Hz arbei­ tet.

Der Nennwert (Effektivwert) der Brennspannung der Lampe be­ trägt bei vielen handelsüblichen Leuchtstofflampen ca. 100 V. Ein Flugzeugbordnetz arbeitet beispielsweise mit einer Nenn­ spannung (Effektivwert) von 115 V bei 400 Hz. Es hat sich ge­ zeigt, daß durch die Erfindung auch bei diesen Verhältnissen die Lampe mit 100% Helligkeit betrieben werden kann.

Bei dem genannten Bordnetz der Nennspannung 115 V bei 400 Hz muß damit gerechnet werden, daß die Betriebsspannung bis auf 95 V (Effektivwert) abfallen kann. Um auch dann noch den si­ cheren Betrieb der Lampe zu gewährleisten ist vorgesehen, daß die Drossel und die Schließzeit des Schalters so bemessen sind, daß auch bei der kleinsten auftretenden Netzwechsel­ spannung der jeweils in dem genannten Moment von der Drossel gelieferte Spannungsimpuls wenigstens geringfügig größer ist als die nötige Brennspannung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Schaltungsanordnung mit einer Leucht­ stofflampe,

Fig. 2 u. Fig. 3 Strom-Spannungsverläufe der Schaltungsanord­ nung.

Eine Leuchtstofflampe (1) des Starterlampentyps weist zwei zu beheizende Elektroden (2, 3) auf. Die Brennspannung der Lampe (1) hat einen Nennwert von 100 V. Der Elektrode (2) ist eine Drossel (4) vorgeschaltet. An der Drossel (4) einerseits und der Elektrode (3) andererseits liegt eine Netzwechselspannung (UN) eines Flugzeug-Bordnetzes mit der Nennspannung 115 V bei 400 Hz.

Zwischen die Elektroden (2, 3) ist ein elektronischer Schal­ ter (5) geschaltet, der von einem Phasenschieber (6) gesteu­ ert ist. Der Phasenschieber (6) ist mit der Netzwechselspan­ nung (UN) synchronisiert. Parallel zum Schalter (5) liegt ein RC-Glied (R, C). Dieses verringert die beim schlagartigen Öff­ nen des Schalters (5) auftretenden Oberwellenanteile.

Ist der Schalter (5) geschlossen, dann fließt über die Dros­ sel (4) und die Elektroden (2, 3) ein Wechselstrom. Dadurch wird in der Drossel (4) Energie gespeichert und die Elektro­ den (2, 3) werden beheizt.

Wird der Schalter (5) geöffnet, dann liegt zwischen den Elek­ troden (2, 3) eine Lampenspannung (UL). Die Lampe (1) zündet und es fließt ein Lampenstrom (IL). Das Öffnen und Schließen des Schalters (5) ist von dem Phasenschieber (6) gesteuert.

Im einzelnen ist die Funktionsweise folgende (vgl. Fig. 2 und 3):

In Fig. 2 ist die sinusförmige Netzwechselspannung (UN) für den Fall, daß sie ihren Nennwert (115 V) hat, mit U1 bezeich­ net. Für den Fall, daß sie auf etwa 95 V (Effektivwert) abge­ sunken ist, ist sie in Fig. 3 mit U2 bezeichnet.

Bis zum Zeitpunkt (T0) ist der Schalter (5) geschlossen. Die Drossel (4) enthält magnetische Energie und die Elektroden (2, 3) sind beheizt. Im Zeitpunkt (T0) wird der Schalter (5) geöffnet. Er bleibt dann bis zum Zeitpunkt (T1) geöffnet. Da­ bei liegt an der Lampe (1) die Lampenspannung (UL) an und es fließt der Lampenstrom (IL). Zum Zeitpunkt (T1) wird der Schalter (5) wieder geschlossen, um im Zeitpunkt (T2) in der folgenden Halbwelle der Netzwechselspannung (UN) wieder ge­ öffnet zu werden. Die Phasenverschiebung des Zeitpunktes (T2) bezogen auf diese Halbwelle entspricht dabei der Phasenver­ schiebung des Zeitpunktes (T0) der vorhergehenden Halbwelle. Der Schalter (5) bleibt dann bis zum Zeitpunkt (T3) geöffnet. Dabei entspricht der Zeitpunkt (T3) dem Zeitpunkt (T1).

Im Normalbetrieb, wenn 100% Helligkeit gewünscht ist, werden die Zeitpunkte (T0, T2) näher beim jeweils vorhergehenden Nulldurchgang der Netzwechselspannung (U1 bzw. U2) liegen, als dies in den Fig. 2, 3 dargestellt ist.

Auch wenn die Lampe (1) mit 100% Helligkeit betrieben werden soll, wird der Schalter (5) in den Zeitpunkten (T0 bis T3) geschaltet. Es ergibt sich dann folgendes:

Wird, wenn die Netzwechselspannung (U1) ist, der Schalter (5) zum Zeitpunkt (T0) geöffnet, dann ergibt sich aus der in der Drossel (4) gespeicherten Energie ein Spannungsimpuls (U3). Dieser liegt in dem Moment vor, in dem die nötige Brennspan­ nung der Lampen (1) größer ist als die in diesem Moment an­ liegende Netzwechselspannung. Dadurch ist erreicht, daß aus der Drossel (4) in den jeweils kritischen Momenten in jeder Halbwelle der Lampe (1) die notwendige Spannung zur Verfügung gestellt wird, die an sich aus der Netzwechselspannung nicht zur Verfügung steht.

An den Spannungsimpuls (U3) schließt sich der Spannungsver­ lauf (U4) an. Während des Spannungsverlaufs (U4) folgt der Lampenstrom (IL) dem Stromverlauf (I1), der zwischen den Zeitpunkten (T0 und T1 bzw. T2 und T3) vorliegt. Zwischen den Zeitpunkten (T1 und T2 bzw. T3 und T0) fließt praktisch kein Lampenstrom. Um den damit verbundenen Effekt der Reduzierung der 100% Helligkeit der Lampe (1) auszugleichen, der sich nur als Mittelwert über eine sehr große Anzahl von Halbwellen merklich machen könnte, ist der Stromverlauf (I1) gezielt er­ höht. Dies geschieht dadurch, daß der Wechselstromwiderstand der Drossel (4) entsprechend klein ausgelegt ist.

Geht man davon aus, daß die Netzwechselspannung an ihrer un­ teren Grenze (95 V) liegt, dann entspricht sie der Spannung (U2). In diesem Fall tritt zum Zeitpunkt (T0) nur noch ein großer Spannungsimpuls (U5) auf. Dieser ionisiert das Füllgas der Lampe in dem genannten kritischen Moment kräftig und er­ möglicht so den Stromfluß I2 durch die Lampe. Dies wird da­ durch erreicht, daß die in der Drossel (4) bis zum Zeitpunkt (T0) aufgenommene Energie bei ihrer Entladung auf die Lampe (1) noch hinreicht, diesen Spannungsimpuls (U5) zu erzeugen. Dementsprechend ist die Drossel (4) und die Schließzeit des Schalters (5) bemessen.

An den Spannungsimpuls (U5) schließt sich der Spannungsver­ lauf (U6) an. Dieser liegt nach einem kurzen Spannungsein­ bruch knapp über der Spannung (U2). Der entsprechende Strom­ verlauf ist mit I2 bezeichnet.

Ist bei Vorliegen der Spannung (U1) ein Dimmen erwünscht, dann werden, vom Phasenschieber (6) gesteuert, die Zeitpunkte (T0 und T1 bzw. T2 und T3) einander in an sich bekannter Weise entsprechend angenähert.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leucht­ stofflampe (1) an einem Wechselstromnetz, dessen Span­ nung im Bereich der Brennspannung der Leuchtstofflampe (1) liegt, wobei der Leuchtstofflampe eine Drossel (4) vorgeschaltet und ein Schalter (5) parallel geschaltet ist, der in jeder Netzhalbwelle beim Nulldurchgang ge­ schlossen und nach einer Schließzeit in dieser Netzhalb­ welle geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromwiderstand der Drossel (4) so bemes­ sen ist, daß der Lampenstrom (IL) größer ist als der Lampenstrom beim Betrieb der Leuchtstofflampe (1) an ei­ nem Wechselstromnetz, dessen Spannung wesentlich höher ist als die Brennspannung der Leuchtstofflampe (1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Dimmen der Leuchtstofflampe (1) in bekannter Weise die Schließzeit des Schalters (5) vergrößert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstromnetz ein Flugzeug-Bordnetz mit einer Spannung von 115 V und einer Frequenz von 400 Hz ist und daß die Brennspannung der Leuchtstofflampe (1) 100 V be­ trägt.