DE4039497A1 - Schaltung zum daempfen von gasentladungs-lampen ohne bewirken von streifenbildung - Google Patents
Schaltung zum daempfen von gasentladungs-lampen ohne bewirken von streifenbildungInfo
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- Y10S315/04—Dimming circuit for fluorescent lamps
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf das Dämpfen von Gasentladungs
lampen und insbesondere auf das Dämpfen von Kompaktleucht
stofflampen.
Eine Gasentladungs-Lampe setzt elektrische Energie mit hohem
Wirkungsgrad in sichtbare Energie um. Eine Gasentladungs-Lampe
ist im allgemeinen als langgestreckte gasgefüllte
(üblicherweise Quecksilberdampf unter niedrigem Druck) Röhre
ausgebildet, die an jedem Ende mit Elektroden versehen ist.
Jede Elektrode wird von einem Widerstandsheizfaden
(üblicherweise Wolfram) gebildet, der mit thermionisch emittie
rendem Material beschichtet ist, wie z. B. einer Mischung aus
Erdalkali-Oxiden.
Der Dauerbetrieb einer Gasentladungs-Lampe läuft folgendermaßen
ab: Eine Spannung wird an den Widerstandsheizfäden angelegt,
die die Elektroden auf eine Temperatur aufheizt, die ausreicht,
um Thermionenemmission von Elektronen in die Entladungsröhre zu
bewirken. Eine zwischen den Elektroden angelegte Spannung be
schleunigt die Elektronen in Richtung auf die Anode. Auf dem
Wege zur Anode kollidieren die Elektronen mit Gasatomen, wo
durch positive Ionen und zusätzliche Elektronen erzeugt werden,
die in der Röhre ein Gasplasma aus positiven und negativen La
dungsträgern bilden. Die Elektronen strömen fortlaufend in
Richtung auf die Anode und die positiven Ionen strömen fortlau
fend in Richtung auf die Kathode, wodurch eine elektrische Ent
ladung in der Röhre in Gang gehalten und die Elektroden weiter
geheizt werden. (Wenn es sich bei dem angelegten Strom um Wech
selstrom handelt, ändert sich die Polarität der Elektroden wäh
rend jeder halben Periode.)
Die Entladung bewirkt die Emission von Strahlung, deren Wellen
länge abhängt vom jeweiligen Füllgas und den elektrischen Para
metern der Entladung. Da jede Kollision zusätzliche Elektronen
und Ionen erzeugt, können Vergrößerungen des Lichtbogenstroms
dazu führen, daß die Impedanz der Lampe sich verringert, eine
Erscheinung, die als "negativer Widerstand" bekannt ist. Der
Betrieb der Lampe ist aufgrund dieser negativen Widerstands-
Charakteristik schon an sich instabil und der Strom zwischen
den Elektroden muß durch äußere Einwirkung begrenzt werden, um
Beschädigungen der Lampe zu vermeiden.
Das Dämpfen bzw. Dimmen von Gasentladungs-Lampen ist allgemein
bekannt. Eine Schaltung zum Dämpfen von konventionellen Leucht
stofflampen ist in dem US-Patent 39 27 345 offenbart, das am
16. Dezember 1975 Licata et al. erteilt worden war, und dessen
Inhalt zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird. Eine
Leuchtstofflampe ist eine Gasentladungs-Lampe, in welcher die
innere Oberfläche der Röhre mit einem fluoreszierenden Phosphor
beschichtet ist. Der phosphor wird durch ultraviolette Strah
lung von der elektrischen Entladung angeregt und fluoresziert,
wodurch sichtbares Licht erzeugt wird. Licata offenbart eine
Phasensteuer-Dämpfungsschaltung, die eine phasengesteuerte
Spannung von einer 60 Hz-Wechselstrom-Quelle einer Leucht
stofflampe mit einem induktiven Vorschaltgerät in Reihe zu
führt. Die Dämpfungsschaltung verwendet einen Zweirichtungs
triodenthyristor (Triac) als die Haupt-Schalteinrichtung und
weist eine Gleichstrom-Kompensationsschaltung auf, um symmetri
sche Triac-Zündverzögerungen in jeder halben Phase des Ener
gieflußes von der Wechselstromquelle zu erreichen. Es fließt
kein Strom durch die Lampe während der Triac-Zündverzögerung.
Ein symmetrisches Zünden des Triacs verhindert das Fließen ei
nes übermäßigen Gleichstroms durch die Lampe, wodurch ein
Flackern der Lampe und ein Sättigen des induktiven Vorschaltge
räts verhindert werden. Die Schaltung arbeitet über einen
Dämpfungsbereich von etwa 100% bis 50% der vollen Lichtab
gabe. Unter etwa 50% der vollen Lichtabgabe kann die elektri
sche Entladung nicht aufrecht erhalten werden, weil die Triac-
Zündverzögerung länger als die Rekombinationszeit des Gasplas
mas in der Entladungsröhre ist.
US-Patent 40 01 637, das am 4. Januar 1977 Gray erteilt worden
war, offenbart eine Dämpfungsschaltung bzw. Dimmerschaltung für
eine Gasentladungs-Lampe, die einen Betrieb der Lampen mit ei
nem Dämpfungspegel unter 50% der vollen Lichtabgabe ermög
licht. Niedrige Dämpfungspegel werden dadurch erreicht, daß der
Lampe ununterbrochener gefilterter Gleichstrom zugeführt wird.
Die Schaltung weist ein kapazitives Vorschaltgerät, einen Voll
weggleichrichter und ein Ausgangs-Filter auf. Wechselstrom
fließt von einer phasengesteuerten Quelle durch das kapazitive
Vorschaltgerät zu einem Vollweggleichrichter. Pulsierender
Gleichstrom wird durch den Vollweggleichrichter an ein LC-Tief
paßfilter und dann an die Lampenelektroden gegeben. Jedoch hat
Gleichstrom die Tendenz, Anodenschwingungen, ungleiche Illumi
nation über die Länge der Lampe und eine Reduzierung der Le
bensdauer der Lampe zu bewirken.
Anodenschwingungen können dadurch wesentlich verringert werden,
daß die Lampe mit Frequenzen betrieben wird, die viel größer
sind als die Grundfrequenz der Anodenschwingung. US-Patent
42 07 498, welches am 10. Juni 1980 Spira et al. erteilt worden
war, offenbart ein Dämpfungssystem, welches einen zentralen
Wechselrichter aufweist, der einen 23 kHz-Wechselstrom durch
die Lampe schickt. Die Lampe kann über einen Bereich von 100%
bis 1% der vollen Lichtabgabe durch Einstellen der Amplitude
des Wechselrichter-Ausgangssignals gedämpft werden. Die Verwen
dung von Hochfrequenz-Wechselstrom kann auch den Wirkungsgrad
der Lampe um bis zu 20% heraufsetzen.
Bei niedrigen Lichtpegeln (weniger als ungefähr 30% der vollen
Lichtabgabe) tendiert die Lampe jedoch zur "Streifenbildung";
d. h., daß sie sich in alternierende Bänder von hellen und
dunklen Bereichen über die Länge der Röhre aufteilt. Die
Ursachen dieser Streifenbildung sind noch nicht vollständig be
kannt. Es wird jedoch angenommen, daß sie aus Hochfrequenzströ
men hervorgehen, die eine stehende Welle von variierender La
dungsverteilung zwischen den Elektroden der Lampe verstärken.
Aus Gründen, die nicht klar sind, tritt die Streifenbildung
insbesondere bei Lampen mit kleinem Durchmesser und Lampen mit
scharfen Biegungen (typische Merkmale von Kompakt-Leucht
stofflampen) auf.
Die Erfindung macht eine Dämpfungs-Steuerschaltung für Kompakt-
Leuchtstofflampen verfügbar, die die Streifenbildung weitgehend
verringert, dabei jedoch einen flackerfreien Dämpfungsbereich
von etwa 100% bis 1% der vollen Lichtabgabe ermöglicht. Die
Dämpfungsschaltung führt im allgemeinen einen 27 kHz Sinus-
Strom den Elektroden der Lampe zu, um eine elektrische Entla
dung entlang der Lampe auszulösen und aufrechtzuerhalten.
Gleichzeitig liefert die Dämpfungsschaltung eine geringe Menge
an im wesentlichen nicht-pulsierendem Gleichstrom an die Elek
troden, um eine asymmetrische Strom-Wellenform durch die Lampe
zu erzeugen. Der asymmetrische Stromfluß verringert in großem
Maße die sichtbare Streifenbildung in der Lampe. Wir glauben,
daß die Asymmetrie die Ladungsverteilung in der Röhre ändert,
wodurch die Bildung einer stehenden Welle zwischen den Elektro
den der Lampe verhindert wird. Wenngleich eine wellenartige Än
derung der Ladungsverteilung entlang der Entladungsröhre gemes
sen werden kann, ist es nicht eine stehende Welle. Vielmehr be
wegt sie sich mit einer Geschwindigkeit, die durch die Größe
der Gleichstromkomponente des Stromflusses durch die Lampe be
stimmt wird. Sichtbare Streifenbildungen werden dadurch besei
tigt, daß durch die Lampen ein Gleichstrom geführt wird, der
dazu führt, daß die hellen und dunklen Bänder, die durch die
wellenartige Ladungsverteilung erzeugt werden, sich schnell be
wegen, so daß sie nicht mehr wahrnehmbar sind. Zuviel Gleich
strom verursacht jedoch Anodenschwingungen. Die Wahl eines ge
eigneten Anteils an Gleichstrom stellt einen Kompromiß zwi
schen den Wirkungen der Streifenbildung und den Anodenschwin
gungen dar. Mittels Versuchen ist festgestellt worden, daß ein
Gleichstrom von etwa 0,04-1,4 mA bei einer typischen Kompakt-
Leuchtstofflampe diesen Kompromiß in zufriedenstellender Weise
bewirkt. Allgemein gilt, daß der optimale Gleichstromanteil
über den Dämpfungsbereich zwischen dem minimalen und dem mitt
leren Leistungsbereich zunimmt. Bei höherer Leistung ist der
genaue Wert des Gleichstromes weniger kritisch. Das Verhältnis
des Gleichstroms in dem niedrigen bis mittleren Bereich beträgt
vorzugsweise etwa 1 : 2. Somit liegt der Gleichstrom vorzugs
weise jeweils bei etwa 0,04-0,7 mA bzw. etwa 0,1-1,4 mA bei
minimaler bzw. der Hälfte der maximalen Lampenleistung.
Gemäß der Erfindung weist ein Steuersystem zum Zuführen von
elektrischer Energie von einer Quelle an eine Gasentladungs-
Lampe auf:
- a) Mittel zum Zuführen eines symmetrischen Wechselstroms zu den Elektroden der Lampe, um eine elektrische Entladung durch diese hindurch zu zünden und aufrechtzuerhalten; und
- b) Mittel zum gleichzeitigen Zuführen eines Gleichstroms zu diesen Lampenelektroden; wodurch in der Lampe eine asymmetrische Strom-Wellenform einge stellt wird, die im wesentlichen das Auftreten von sichtbaren Streifen beseitigt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Steuer
system zum Zuführen von elektrischer Energie von einer Quelle
zu einem Paar von in Reihe geschalteten Gasentladungs-Lampen
versehen mit:
- a) Mitteln zum Zuführen eines symmetrischen Wechselstromes zu den Elektroden dieser Lampen, um durch diese hindurch eine elektrische Entladung zu zünden und aufrechtzuerhalten; und
- b) Mitteln zum gleichzeitigen Zuführen eines Gleichstromes zu diesen Lampenelektroden; wodurch eine asymmetrische Strom-Wellenform in den Lampen ein gestellt wird, die im wesentlichen das Auftreten von sichtbaren Streifen beseitigt.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Dämpfungsschaltung
gemäß der Erfindung,
Fig. 2A-C zeigen in grafischer Darstellung den Stromfluß
durch eine Kompakt-Leuchtstofflampe gemäß der
Erfindung,
Fig. 3 zeigt einen Schaltplan einer Dämpfungsschaltung
gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der Dämpfungsschaltung gemäß der
Erfindung. Die innerhalb der gestrichelten Linien befindliche
Dämpfungsschaltung leitet eine variable Leistung von der Sinus-
Spannungsquelle 3 zu einer Gasentladungslampe 5. Die Dämpfungs
schaltung weist allgemein einen Eingangsgleichrichter 7 auf, um
eine (typische) 60 Hz-Wechselspannung von der Spannungsquelle 3
in eine Gleichspannung umzuwandeln, die einem Schalt-Wechsel
richter 9 zugeführt wird. Der Schalt-Wechselrichter 9 wandelt
die Gleichspannung in eine Hochfrequenz-Wechselspannung um, die
aus alternierend umgekehrten und nicht-umgekehrten rechteckigen
Spannungsimpulsen mit variabler Dauer besteht. Eine Pulsdauer
modulations-(PDM)-Schaltung 11 liefert eine Modulationsspan
nungswellenform an den Schalt-Wechselrichter 9, um die Dauer
jedes Impulses zu steuern.
Die Hochfrequenz-Wechselspannung vom Schalt-Wechselrichter 9
steuert einen Resonanzkreis 13, so daß er im wesentlichen
sinusförmig mit einer Amplitude schwingt, die durch die Ampli
tude und Frequenz der Steuerspannung und der Resonanzschärfe Q
des Resonanzkreises bestimmt wird. Der Resonanzkreis ist im we
sentlichen eine symmetrische Hochfrequenz-Sinusstromquelle mit
einer variablen Amplitude, die durch die Impulsdauer der
Steuerspannung vom Schalt-Wechselrichter 9 bestimmt wird. In
dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ist voraus
gesetzt, daß ein Resonanzkreis eine einzige Grundresonanz hat.
Der Ausdruck "Spitzenwert der Resonanz" bezeichnete die
Frequenz, bei welcher diese Grundresonanz ihren Maximalwert an
nimmt. Bezüglich Wechselstrom-Wellenformen ist der Ausdruck
"symmetrisch" so zu verstehen, daß der positive Teil der Wel
lenkontur bezüglich Form und Größe im wesentlichen überein
stimmt mit dem entsprechenden negativen Teil der Wellenkontur.
Der Strom vom Resonanzkreis 13 wird der Lampe 5 geliefert, um
eine stabile elektrische Entladung über einen Bereich von wähl
baren Leistungspegeln zu zünden und aufrechtzuerhalten. Gleich
zeitig richtet ein Ausgangsgleichrichter 15 einen vorherbe
stimmten Stromanteil vom Resonanzkreis 13 gleich und liefert
dieser an die Lampe 5, so daß zum durch diese hindurchgehenden
Stromfluß eine Gleichstromkomponente hinzugefügt wird, die so
ausgewählt ist, daß sie Streifenbildung und Anodenschwingungen
minimiert.
Fig. 2A zeigt die Wechselstromkomponente des Stromflusses durch
eine Kompakt-Leuchtstofflampe gemäß der Erfindung. Die Halb
periode τ wird durch die Frequenz des Sinusstromes bestimmt und
ist vorzugsweise kürzer als die Rekombinationszeit des Gasplas
mas (≈ 100µs), um die elektrische Entladung ohne Flackern auf
rechtzuerhalten. Der Effektivwert (RMS-Wert) des zur Lampe
fließenden Wechselstromes bestimmt im wesentlichen die Energie
und damit die Helligkeit der Lampe und ist vorzugsweise zwi
schen etwa 1-200 mA einstellbar.
Fig. 2B zeigt die Gleichstromkomponente des Stromflusses durch
die Lampe. Zur besseren Darstellung ist die Größe der Gleich
stromkomponente im Vergleich zur Wechselstromkomponente über
trieben dargestellt. In der Praxis kann bei voller Lampenlei
stung die Gleichstromkomponente im Bereich zwischen etwa 0,02
und 0,35% der Wechselstromkomponente liegen. Bei kleinster
Lampenleistung wird eine Gleichstromkomponente von etwa 5-50%
des resultierenden Stromes bevorzugt.
Fig. 2C zeigt die Wellenkontur des Gesamtstromes, der durch die
Lampe fließt. Die Gleichstromkomponente verschiebt die Wechsel
stromkomponente vom Null-Strompegel, wodurch eine geringfügig
asymmetrische resultierende Strom-Wellenkontur entsteht, die
die Streifenbildung in der Lampe wesentlich reduziert.
Fig. 3 zeigt einen Schaltplan der Dämpfungsschaltung gemäß der
Erfindung. Die Schaltung arbeitet wie folgt: Wechselspannung
wird von einer Spannungsquelle an einen spannungsführenden Ein
gang H und einen neutralen Eingang N angelegt. Dioden D1 und
D2, Widerstand R1, Kondensatoren C1 und C2 und Zener-Diode Z1
bilden eine Gleichspannungsquelle mit niedriger Spannung. Wäh
rend jeder positiven Spannungs-Halbperiode fließt Strom von dem
spannungsführenden Eingang durch die Kondensatoren C1 und C2
und die Diode D2 zum neutralen Eingang, wobei der Kondensator
C2 von plus (+) nach minus (-), wie dargestellt, aufgeladen
wird. Der Widerstand R1 und die Zener-Diode Z1 regulieren die
Spannung am Kondensator C2, so daß die Spannungsquelle im we
sentlichen eine Gleichspannungsquelle ist, mit einer Versor
gungs-Gleichspannung, die gleich der Durchbruchsspannung der
Zener-Diode Z1 ist und die einen Innenwiderstand aufweist, der
im wesentlichen gleich R1 ist. Die Diode D1 liefert einen Ent
ladungsweg für den Kondensator C1 während jeder negativen Span
nungs-Halbperiode.
Eine Vollweggleichrichter-Brücke FWB richtet die Wechselspan
nung der Spannungsquelle gleich und liefert eine pulsierende
Gleichspannung an den Ausgangsklemmen (+) und (-). Ein Wider
stand R2 ist parallel zu C3 geschaltet und entlädt letzteren,
wenn die Spannung weggenommen ist. In dieser Beschreibung und
den beigefügten Ansprüchen bedeutet bei Bezugnahme auf elektri
sche Elemente der Ausdruck "verbunden", daß zwischen zwei oder
mehr Elementen ein leitender Weg vorhanden ist, der zusätzliche
Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich genannt sind.
Dioden D3, D4, D5 und D6, MOS-FETS Q1 und Q2, Widerstände R3
und R4, Transformator T1 und Kondensator C4 bilden einen
Schalt-Wechselrichter, um gefilterte Gleichspannung in eine
Hochfrequenz-Wechsel-Steuerspannung zu schalten und umzurich
ten. Während des Betriebes lädt sich der Kondensator C4 bis zu
etwa der Hälfte der Spannung auf, die am Kondensator C3 an
liegt. Wenn Q1 leitend ist, ist eine Steuerspannung an die Pri
märwicklung P des Transformators T2 angelegt, die positiv und
gleich der Spannung an C3, vermindert um die Spannung an C3 we
niger der Spannung an C4 (ungefähr die Hälfte der Spannung an
C3) ist. Wenn Q2 leitend ist, ist die Steuerspannung umgekehrt
und gleich der Spannung an C4. Wenn Q1 und Q2 alternierend mit
Hochfrequenz (≈ 27 kHz) geschaltet werden, werden rechteckige
Impulse der Wechsel-Steuerspannung erzeugt, die eine Spitzen-
zu-Spitzen-Spannung haben, die im wesentlichen gleich der Span
nung am Kondensator C3 ist.
Die Steuerfrequenz liegt vorzugsweise zwischen 20 kHz und 50 KHz
kHz und wird durch die Wechsel-Steuerspannung vom PDM-Schalt
kreis IC1 bestimmt, der im folgenden erörtert wird. Frequenzen
unter 20 kHz sind im menschlichen Hörbereich und daher uner
wünscht. Hohe Frequenzen über 50 kHz sind unerwünscht, da sie
dazu tendieren, eine hohe thermische Dissipation in den MOS-
FETS Q1 und Q2 zu bewirken und die kapazitive Impedanz der Zu
leitungen der Lampe gegen Erde zu verringern.
Widerstände R3 und R4 dämpfen die Schwingungen, die sonst auf
grund der Streuinduktivität der Sekundärwicklungen S1 und S2
des Transformators T1 und der Torkapazität der MOS-FETS Q1 und
Q2 auftreten können. Dioden D3 und D4 verhindern das Fließen
eines Rückstroms durch die MOS-FETS Q1 bzw. Q2. Dioden D5 und
D6 bilden einen Umpolweg für den Strom, der durch Q2 bzw. Q1
fließt.
Q1 und Q2 können als irgendeine Art von Halbleiterschalter aus
gebildet sein, so als FETS oder bipolare Transistoren. Jedoch
werden MOS-FETS, wie gezeigt, wegen ihrer schnellen Schalt
fähigkeit und ihren relativ niedrigen Torstrom-Erfordernissen
bevorzugt. Wahlweise kann der Schalt-Wechselrichter durch einen
weniger aufwendigen Halbleiter-Gleichspannungs-Frequenzwandler
ersetzt werden, der eine nicht-pulsierende Gleichspannung in
eine hochfrequente pulsierende Gleichspannung umwandelt. Ein
invertierender Typ eines Schwingkreises, welcher Gleichspan
nung in Wechselspannung umwandelt, wird jedoch vorgezogen, da
er einen geringeren Scheitelwert des magnetischen Flusses im
Kern der Leistung übertragenden Transformatoren für die glei
che Menge umgewandelte Energie verursacht.
Der Pulsdauer-Modulationsschaltkreis PDM erhält Spannung (+
VDC) von der Gleichspannungsquelle und liefert eine Steuer-
Wechselspannung an die Primärwicklung P des Transformators T1
für die Steuerung des leitenden Zustands der MOS-FETS Q1 und
Q2 und demzufolge der Dauer jedes rechteckigen Impulses der
Steuerspannung. Sekundärwicklungen S1 und S2 des Transformators
T1 sind so angeordnet, daß die Spannung an den Toren der MOS-
FETS Q1 und Q2 mit entgegengesetzter Polung angelegt ist, so
daß nur eine Vorrichtung zu einer bestimmten Zeit leitend ist.
Die impulsdauer-modulierte Steuerspannung wird an der Primär
wicklung P des Transformators T2 und am Resonanzkreis angelegt,
der aus der Spule L1 und dem Kondensator C5 besteht, die in
Reihe geschaltet sind. Der Resonanzkreis schwingt im wesentli
chen sinusförmig mit der Steuerfrequenz und einer Amplitude,
die durch die Impulsdauer der Steuerspannung und die Resonanz
schärfe Q des Resonanzkreises bestimmt wird. Die Resonanz
schärfe Q wird in diesem Fall primär bestimmt durch die Impe
danz der Lampen FL1 und FL2, die den Resonanzkreis parallel be
lasten.
Paralleles Belasten des Resonanzkreises führt zu einer Stabili
sierung des Betriebes der Gasentladungs-Lampen. Insbesondere
nimmt mit Zunahme des Stromes durch die Lampen die Impedanz ab,
wobei die Resonanzschärfe Q des Resonanzkreises abnimmt und da
durch seine Resonanzwirkung verringert wird. Umgekehrt gilt,
daß bei Abnahme des Stromes durch die Lampen die Lampen-Impe
danz zunimmt, wobei die Resonanzschärfe Q des Resonanzkreises
zunimmt und dadurch seine Resonanzwirkung vergrößert wird. Der
Resonanzkreis arbeitet im wesentlichen wie eine Wechselstrom
quelle und liefert hochfrequenten sinusförmigen Strom durch
Transformator T3 an die Lampen FL1 und FL2. Die Größe des Stro
mes ist variabel von etwa 1-200 mA RMS in Abhängigkeit von
der Impulsdauer der Steuerspannung. Sie ist ausreichend, um
eine elektrische Entladung in den Lampen zu zünden und auf
rechtzuerhalten.
Um die Stabilität des Resonsanzkreises weiter zu vergrößern,
ist die Frequenz der Steuerspannung (≈ 27 kHz) geringer als die
Frequenz im Maximum des Frequenzverlaufs des Resonanzkreises
(≈ 33 kHz). Wahlweise könnte zusätzlich eine Dämpfung zum Reso
nanzkreis vorgesehen werden, wobei die Resonanzschärfe Q ver
ringert würde. Dies würde jedoch seinen Wirkungsgrad reduzieren
und unerwünschte Wärme erzeugen.
Kondensator C6, Widerstände R5 und R6 sowie Diode D7 bilden
einen Ausgangs-Gleichrichterkreis, um Gleichstrom durch die in
Reihe geschalteten Lampen FL1 und FL2 zu liefern. Kondensator
C6, der zwischen den Sekundärwicklungen S1 und S2 des Transfor
mators T3 angeschlossen ist, wird so gewählt, daß er im wesent
lichen den gesamten hochfrequenten sinusförmigen Strom vom Re
sonanzkreis zu den Lampen FL1 und FL2 durchläßt. Der Wider
stand R6 ermöglicht es, daß Gleichstrom durch die Diode D7
fließt, wodurch ein Verschiebungsgleichstrom zum Kondensator C6
geliefert wird, so daß der sinusförmige Strom durch C6 und die
Lampen FL1 und FL2 eine Gleichstrom-Komponente erhält, die
durch den Widerstand R6 bestimmt wird. Der Widerstand R5 ist im
wesentlichen ein Entladewiderstand, um den Kondensator C6 zu
entladen, wenn die Spannung weggenommen ist. Der Widerstand R5
begrenzt auch die Menge des Verschiebungsgleichstroms am Kon
densator C6, wenn die Impedanz der Lampen zunimmt (bei niedri
gen Leistungspegeln).
Erdanschluß ist zwischen den Sekundärwicklungen S1 und S2 des
Transformators T3 vorgesehen. Die relativen Größen der Sekun
därwicklungen werden so ausgewählt, daß eine ausreichende
Spannung gegen Erde erhalten wird, um die Lampen FL1 und FL2
durch die elektrische Kapazität gegen Erde jeder Lampe zu zün
den. Sie werden auch so gewählt, daß sie die Erdströme durch
jede Lampe ausgleichen, so daß der hochfrequente sinusförmige
Strom die beiden Lampen in gleicher Weise erregt. In diesem be
sonderen Schaltkreis ist ein Kompromiß erforderlich, um eine
ausreichende Zündspannung zu erhalten. Daher ist der Erdstrom
durch Lampe FL1 etwas größer als der durch FL2. Um dieses Un
gleichgewicht zu korrigieren, ist ein Kondensator C7 im Neben
schluß zur Lampe FL1 vorgesehen, um einen Kompensationsstrom an
Lampe FL2 zu liefern. Ein Kondensator C8 verhindert, daß Hoch
frequenz-Schaltrauschen von den MOS-FETS Q1 und Q2 im Schalt
Wechselrichter die Lichtabgabe der Lampen FL1 und FL2 nachtei
lig beeinflusst.
Die Sekundärwicklungen S1, S2 und S3 des Transformators T2 lie
fern Spannung an die Heizfäden der Lampen FL1 und FL2, um diese
zu heizen. Die Primärwicklung P des Transformators T2 erhält
impulsdauer-modulierte Spannung von der die MOS-FETS Q1 und Q2
aufweisenden Schalt-Wechselrichterschaltung. Nachdem Q1 abge
schaltet und bevor Q2 eingeschaltet ist, fließt zusätzlich
Strom durch Q1 und Spule L1 über die Diode D6 zurück und
schaltet sie ein. Dies liefert an die Primärwicklung P des
Transformators T2 einen zusätzlichen Spannungsimpuls, welcher
eine Amplitude gleich der Spannung am Kondensator C4 aufweist.
Sobald die Spannung am Kondensator C5 ihren Scheitelwert er
reicht, kehrt der Strom durch Spule L1 um, wobei Kondensator C5
eine Entladung erfährt, und die Diode D5 eingeschaltet wird.
Dies liefert an die Primärwicklung P einen zweiten Spannungsim
puls mit gleicher Amplitude und umgekehrter Polarität zu der
des ersten Impulses. Die beiden zusätzlichen Spannungsimpulse
liegen im wesentlichen in der Zeitspanne nach Abschalten von Q1
und vor Anschalten von Q2. Der Schaltkreis verhält sich in
gleicher Weise während der Zeitspanne nach Abschalten von Q2
und vor Anschalten von Q1. Die resultierende Hochfrequenzspan
nung an der Primärwicklung P hat einen Effektivwert, der über
den Dämpfungsbereich der Lampen im wesentlichen konstant ist.
Somit liefern die Sekundärwicklungen S1, S2 und S3 ebenfalls
eine konstante Effektivspannung zum Heizen der Fäden der Lampen
FL1 und FL2 über den Dämpfungsbereich.
Wenngleich die Erfindung zur Anwendung an Kompakt-Leuch
stofflampen beschrieben wird, kann die hierin beschriebene
Schaltung zur Steuerung jeder Art von Gasentladungslampe ver
wendet werden. Da gewisse Änderungen an den vorstehend be
schriebenen Schaltkreisen gemacht werden könne, ohne den Be
reich der hier erörterten Erfindung zu verlassen, soll alles,
was in der vorstehenden Beschreibung enthalten oder in den bei
liegenden Zeichnungen dargestellt ist, lediglich in einem er
läuternden, jedoch nicht in einem beschränkenden Sinn verstan
den werden.
Claims (13)
1. Steuersystem zum Liefern von elektrischer Leistung von einer
Quelle zu einer Gasentladungs-Lampe, gekennzeichnet durch
- a) Mittel zum Zuführen von Wechselstrom zu den Elektroden der Lampe, um eine durch diese hindurchgehende elektrische Entla dung zu zünden und aufrechtzuerhalten; und
- b) Mittel zum gleichzeitigen Zuführen von Gleichstrom zu den Lampenelektroden, wodurch eine asymmetrische Strom-Wellenkontur in der Lampe be wirkt wird, die im wesentlichen das Auftreten von sichtbaren Streifen beseitigt.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Wechselstrom zuführenden Mittel einen Resonanzkreis
aufweisen, der eine Spule und einen Kondensator, die in Reihe
geschaltet sind, einschließt.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die dem Wechselstrom zuführenden Mittel einen Schalt-Wechsel
richter mit wenigstens einem Halbleiter-Schalter aufweisen, um
den Resonanzkreis zu steuern.
4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Halbleiter-Schalter einen MOS-FET aufweist.
5. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zum Zuführen des Wechselstromes einen Transformator
aufweisen, der zwischen dem Resonanzkreis und der Lampe ange
schlossen ist.
6. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wechselstrom eine Frequenz etwa zwischen 20 kHz und 50 kHz
aufweist.
7. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Wechselstrom zuführenden Mittel eine Gleichstrom-Quelle
aufweisen, die parallel zu den den Wechselstrom zuführenden
Mitteln angeschlossen sind.
8. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Gleichstrom zuführenden Mittel einen Gleichrichterkreis
zum Gleichrichten eines vorbestimmten Teils des Wechselstromes
aufweisen.
9. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gleichstrom eine Stärke von etwa 0,04 bis 2,7 mA bei mini
maler Lampenleistung und von etwa 0,1 bis 1,4 mA bei etwa der
Hälfte der maximalen Lampenleistung aufweist.
10. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stärke des Gleichstroms etwa zwischen 0,02% und 0,35%
des resultierenden Stromes durch die Lampe bei maximaler Lam
penleistung und etwa zwischen 5% und 50% des resultierenden
Stromes durch die Lampe bei minimaler Lampenleistung liegt.
11. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß
die den Wechselstrom zuführenden Mittel einen Transformator mit
zwei Sekundärwicklungen aufweisen, die untereinander und mit
der Lampe in Reihe geschaltet sind, und die den Gleichstrom zu
führenden Mittel einen Kondensator, der zwischen den Sekundär
wicklungen angeschlossen ist, und einen ersten Widerstand und
eine Diode, die in Reihe mit einer der Sekundärwicklungen ver
bunden sind, aufweisen.
12. Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleichstrom-Mittel weiterhin einen zweiten Widerstand auf
weisen, der parallel mit dem Kondensator verbunden ist.
13. Verfahren, bei welchem im wesentlichen das Auftreten von
sichtbaren Streifen in einer Gasentladungs-Lampe beseitigt
wird, gekennzeichnet durch
- a) Zuführen eines symmetrischen Wechselstromes zu den Elektro den der Lampe, um eine durch diese hindurchgehende elektrische Entladung zu zünden und aufrechtzuerhalten, und
- b) gleichzeitiges Zuleiten von Gleichstrom zu den Lampenelek troden, um dadurch eine asymmetrische Strom-Wellenkontur in der Lampe zu bewirken.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20130427 |