DE4128263A1 - Einrichtung zur steuerung der einer last, wie eine leuchtstofflampe, zugefuehrten energie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinrich­ tung für die Steuerung der von einer Wechselstromquelle einer Last, wie einer Leuchtstoffröhre, zugeführten Energie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Steuerungseinrichtung, die die Steuerung irgendeiner elektrischen Last unabhängig von der Impedanz der Last erlaubt. Die Erfindung ist besonders zum Einsatz als Lichtregler oder Dimmer für Leuchtstofflampen bzw. Leuchtstoffröhren geeignet.

Die Möglichkeit, Beleuchtungspegel kontinuierlich verändern zu können, ist seit langem aus einer Reihe von Gründen er­ wünscht. Diese reichen von Gründen der Behaglichkeit und der Ästhetik in Wohnungen und Restaurants bis zur Energieeinspa­ rung in Gewerbebetrieben und anderen Einrichtungen, bei de­ nen Licht der Hauptverbraucher elektrischer Energie ist.

Im Falle von Geschäften und großen Büros bedeuten höhere als benötigte Beleuchtungspegel eine doppelte Bestrafung. Nicht nur, daß das Licht mehr Energie als erforderlich verbraucht, sondern daß die Wärmeenergie durch die Klimaanlage, die ein bedeutender Energieverbraucher ist, auch abgeführt werden muß. In vielen großen Gebäuden ist wegen der durch die Be­ leuchtung und die Personen erzeugten Wärme auch im Winter eine Klimatisierung erforderlich. Für solche Einrichtungen haben sich Leuchtstofflampen bzw. Leuchtstoffröhren und an­ dere Lampen mit einer Gasfüllung als wesentlich wirtschaft­ licher als Glühfadenlampen erwiesen. Man findet selten Glüh­ fadenlampen weit verbreitet in Gewerbebetrieben, öffentli­ chen Einrichtungen oder Büros.

Viele Hausverwalter und Manager, die kosten- und energie­ bewußt sind, haben versucht, die Beleuchtungspegel zu verringern oder zu senken, damit nur die benötigte Lichtmenge bereitgestellt wird. Auf Stockwerken von vielen Gebäuden sind die Fassungen abgeklemmt worden. In anderen Fällen ist das Personal von Büros mit Außenfenstern angehalten worden, das Licht abzuschalten, wenn das einfal­ lende Licht ausreicht. In anderen Gebäuden gibt es Schalter­ anordnungen, die einen niedereren Beleuchtungspegel außer­ halb der Arbeitszeit als während derselben liefern. Dies dient dazu, daß Reinigungspersonal und gelegentlich noch vorhandene Personen sicher durch das Gebäude gehen können.

In Büros, wo Bildschirme verwendet werden, gibt es fortwäh­ rend die Schwierigkeit, einen Umgebungslichtpegel zu schaf­ fen, der mit der Helligkeit des Bildschirms und der Beleuch­ tung von Papieren und Gedrucktem bei der Verwendung von Textverarbeitungssystemen oder Rechnern verträglich ist. Aus vielen Büros wird von unnötiger Ermüdung wegen der fehlenden Steuerung von Beleuchtungspegeln berichtet.

Damit diese Beleuchtungspegel besser gehandhabt werden kön­ nen, ist es wünschenswert, die Energie zu dieser Beleuchtung steuern oder verändern zu können, genau so wie es mit den Dimmern bei Glühfadenlampen gemacht werden kann. Diese Steu­ erungen sind populär geworden und werden an vielen Stellen verwendet. Jedoch ergibt ihre Verwendung zur Steuerung von Armaturen für gasgefüllte Röhren, wie übliche Leuchtstoff­ röhren keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Der Grund hier­ für besteht darin, daß die Leuchtstoffröhre mit einem ver­ bundenen Vorschaltgerät eine Blindlast darstellt, die nicht wirkungsvoll und zuverlässig mit einer üblichen Dimmersteu­ erung gesteuert werden kann.

Ein früheres Produkt ermöglichte den Einbau einer einfachen Steuerungseinrichtung in einem Schalterkasten, jedoch nicht als ein einfacher Schalteraustausch, da es notwendig war zu beiden Enden der Stromleitung Zugang zu haben. Obgleich das frühere Produkt zufriedenstellend war, verhinderte die pa­ rallele Verbindung bezüglich der Last deren Verbreitung.

Da die meisten Lichtschalter in einem Kasten an bzw. in ei­ ner Wand montiert sind, verläuft die Leitung von der Armatur für die Leuchtstoffröhre einfach zum Schalter und das andere Ende der Leitung kann nur schlecht erreicht werden. Wenn deshalb eine Steuerungseinrichtung ein wirklicher Schalter­ austausch sein soll, dann muß sie in Reihe mit der Last wie bei einem Dimmer für eine Glühfadenlampe arbeiten.

Da es kostengünstige Festkörperschaltereinrichtungen gibt, ist die Entwicklung einer großen Vielzahl von Steuerungs­ schaltkreisen möglich geworden, die klein, leicht und wirt­ schaftlich sind. Die Spannungssteuerung mittels Vario-Trans­ formatoren ist in den meisten Fällen schon lange von Steu­ erungen abgelöst worden, bei denen die Sinuswelle der Grund­ wechselspannung derart abgeändert wird, daß wahlweise der gelieferte Spannungs-Effektivwert und die Leistung verrin­ gert werden.

Ein herkömmlicher Dimmer für eine Glühfadenlampe schneidet beispielsweise die Spannungswellenform ab. Als Ergebnis hiervon wird der an die Last gelieferte Spannungs-Effektiv­ wert verringert, wodurch die Leistung entsprechend verrin­ gert wird.

Das Grundproblem besteht darin, daß diese einfachen Schalt­ kreise Blindlasten nicht regulieren bzw. modulieren können. Solche Lasten reagieren mit der Steuerungseinrichtung und erzeugen Schwingungen, die dann Spannungs- und Stromsprünge hervorrufen, die sowohl unvorhersehbar als auch unkontrol­ lierbar sind. Wenn eine solche Steuerung bei Leuchtstoffröh­ ren angewandt wird, ist das übliche Ergebnis ein nicht har­ monisches Flackern, bei dem häufig das Licht von der Lei­ stung Null bis zum Maximum leuchtet. Solche Wirkungen sind für den Benutzer unangenehm und vielleicht sogar ungesund.

Viele Schaltkreise sind entworfen worden, um diese Schwie­ rigkeit zu lösen. Ein während einiger Jahre angebotener Typ verlangt, daß die gesamte Armatur für die Leuchtstoffröhre entfernt und durch eine Steuerungsarmatur ersetzt wird. Die Einbaukosten für ein solches Vorgehen sind inakzeptabel, und die Energieeinsparung würde in den meisten Fällen einen sol­ chen Umbau nicht rechtfertigen. Die technische Situation wurde weiter dadurch schwieriger, als daß Lampen ohne Glüh­ faden (slimline lamps) eingeführt worden sind.

Andere Arten von Steuerungseinrichtungen sind für den Einbau in große Systeme zufriedenstellend, bei denen es zulässig ist, eine große und kostspielige Steuerung zum Anheben oder Absenken des Beleuchtungspegels eines gesamten Stockwerkes oder Teils eines Gebäudes vorzusehen. In den meisten Fällen ist diese Steuerung für die verschiedenen Nutzer nicht an­ nehmbar, die unterschiedliche Beleuchtungsanforderungen zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Stellen haben. Wiederum andere Systeme sind bei Gaslampen in Kopiergeräten angewandt worden. Jedoch sind auch hier die Anforderungen von denen bei der Raumbeleuchtung sehr verschieden und ein kompliziertes und größeres System kann dort akzeptiert wer­ den.

Es gibt verschiedene technische Vorschläge zum Regeln von Beleuchtungen mit Leuchtstoffröhren. Einige behalten die volle Fadenspannung bei, während die Leistung zu den Lampen verringert wird, so daß das Regeln auf wesentlich kleinere Beleuchtungspegel zufriedenstellend möglich ist. Bei anderen sind Lichtfühler und Rückkopplungssteuerung vorgesehen, die eine konstante Helligkeit bei jedem eingestellten Pegel auf­ rechthalten. Bei wiederum anderen werden Schaltungen gesteu­ ert, die eine reine Sinuswelle an der Armatur bei allen Pe­ geln aufrechthalten, wodurch Hochfrequenzstörungen und eini­ ge andere weniger geeignete Eigenschaften bei der Lampenre­ gelung vermieden werden. Jedoch können alle diese nur mit hohen Kosten gebaut und eingebaut werden, und stehen mei­ stens nur zur Steuerung einer großen Anzahl von Leuchtstoff­ röhren zur Verfügung.

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, diese und andere Schwierigkeiten beim Stand der Technik zu überwinden, indem ein Regeleinrichtung für Leuchtstoffröhren bereitgestellt wird, die ohne weiteres als Schalteraustausch eingebaut und mit der Lampe in Reihe geschaltet werden kann und die nur Zugang zu einem Ende der elektrischen Versorgungsleitung für die Lampe benötigt.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Steu­ erungsvorrichtung für die von einer Wechselspannungsquelle an eine Last, wie eine Leuchtstoffröhre abgegebene Energie anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung für die Steuerung der von einer Wechselstromquelle einer Last, wie einer Leuchtstoffröhre, zugeführten Energie, gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Einrichtung umfaßt eine Stromversorgung zur Erzeugung einer gleichgerichteten Spannung aus einer Wechselspannung, einen mit der Stromversorgung verbundenen Startpulsgenerator zur Erzeugung eines Startpulses im Ansprechen auf die Strom­ versorgung, und einen mit der Stromversorgung und mit dem Startpulsgenerator verbundenen Schalter. Der Schalter wird durch den Startpuls stromführend, um der Last Energie zu liefern. Ein Phasendetektor ist mit der Stromversorgung ver­ bunden, um eine synchronisierte Sägezahn-Spannungswellenform aus der Ausgangsgleichspannung zu erzeugen, um eine Zeitver­ zögerung zu schaffen. Ein Leistungspegel-Steuerungskreis ist mit der Stromversorgung verbunden, um einen Spannungsschwel­ lenwert zur Steuerung der der Last zugeführten Leistung zu steuern. Ein Arbeitspulsgenerator ist mit dem Phasendetektor und mit dem Pegelsteuerungskreis verbunden. Der Arbeitspuls­ generator vergleicht die Sägezahn-Spannungswellenform mit dem Spannungsschwellenwert und erzeugt einen Arbeitspuls, um den Schalter stromführend zu machen, wenn die Sägezahn-Span­ nungswellenform den Spannungsschwellenwert überschreitet. Der Energiepegel-Steuerungsschaltkreis steuert die Anzahl von Arbeitspulsen, die erzeugt wurden, um den Schalter stromführend zu machen, wodurch die der Last zugeführte Leistung gesteuert wird.

Ein Zeitgeberschaltkreis ist mit dem Pegelsteuerungsschalt­ kreis verbunden, um diesen während einer anfänglichen, vor­ bestimmten Zeitdauer unwirksam zu machen. Während dieser Zeitdauer wird der Last die volle Leistung zum Starten zuge­ führt.

Ein Wiederholstartschaltkreis ist mit der Stromversorgung und dem Zeitgeberschaltkreis zum wiederholten Starten der Last im Ansprechen auf eine kurze Unterbrechung des Stroms von der Stromversorgung verbunden. Der Wiederholstartschalt­ kreis weist einen Komparator auf, der die Spannung von der Stromversorgung mit einem gegebenen Spannungspegel ver­ gleicht. Der Wiederholstartschaltkreis setzt den Arbeits­ pulsgenerator außer Betrieb, wenn der Komparator feststellt, daß die Versorgungsspannung unter den gegebenen Spannungspe­ gel fällt. Wenn die Versorgungsspannung wieder auf den gege­ benen Pegel ansteigt, ermöglicht der Wiederholstartschalt­ kreis, daß der Zeitgeberschaltkreis die Last wieder neu startet.

In vorteilhafter Weise besitzt die Stromversorgung einen Transformator, um schließlich die Ausgangsgleichspannung zu erzeugen, wobei Ausgangsstrom von dem Schalter dem Transfor­ mator zugeführt wird.

Gemäß einem anderen Vorteil der Erfindung weist der Strompe­ gel-Steuerungsschaltkreis zwei Potentiometer auf, von denen eines zum Einstellen eines minimalen Spannungsschwellenwer­ tes und das andere zur Steuerung des der Last zugeführten Leistungsschwellenwertes dient.

Andere Vorteile und Zielsetzungen der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der folgenden Beschreibung bei einer Be­ trachtung mit den beigefügten Zeichnungen.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden an Hand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nä­ her erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Stromversorgungs-Steuerungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm der Einrichtung gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine Darstellung von Wellenformen, die an speziel­ len Stellen des Schaltkreises gemäß Fig. 2 auftre­ ten.

Es wird zunächst auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Steuerungseinrich­ tung für die von einer Wechselspannungsquelle einer Last, beispielsweise einer Leuchtstoffröhre, zugeführte Energie angegeben ist. Die Einrichtung weist eine Eingangsklemme 2 zur Verbindung mit einer Wechselspannungsnetzleitung und ei­ ne Ausgangsklemme 4, die mit einer Leitung zu der Last ver­ bunden ist. Somit ist die Einrichtung eine Zwei-Leitungsein­ richtung und ist statt eines üblichen Ein-Aus-Schalters verbunden, um die an die Last gelieferte Energie veränderbar zu steuern.

Ein Hauptschalter 6 ist mit der Eingangsklemme 2 und ein Schalter 8 ist mit der Ausgangsklemme 4 verbunden. Vorzugs­ weise umfaßt der Schalter 8 einen TRIAC-Schalter bzw. eine Zweirichtungs-Thyristortriode. Der Betrieb der Einrichtung beginnt, wenn der Hauptschalter 6 geschlossen ist und dann eine Wechselspannung über dem Schalter 8 anliegt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schalter nicht eingeschaltet. Er erwartet vielmehr ein Signal an seinem Gate, das von dem Startpulsge­ nerator 10 kommen muß.

Der Startpulsgenerator 10 kann solange nicht arbeiten als bis die mit dem Hauptschalter 6 verbundene Stromversorgung 12 nicht ihren Hauptausgang von 39 V liefern kann. Von dem Zeitnullpunkt an, wenn der Hauptschalter 6 zuerst einge­ schaltet wird, beginnt die Stromversorgung 12 Ladestrom von dem Ausgang des Triac-Schalters 8 zu erhalten. Der Ausgang der Stromversorgung 12 erreicht im allgemeinen den Pegel von 39 V eine Sekunde später. Während dieser Aufladezeit wird auch der Startpulsgenerator 10 aufgeladen, und innerhalb dieser Zeitdauer von einer Sekunde erzeugt der Startpulsge­ nerator einen Startimpuls, der den Schalter 8 einschaltet. Sobald der Schalter betätigt worden ist, fließt der gesamte Ladestrom durch die Stromversorgung 12 und wird verwendet, um den Ausgang von 39 V aufrechtzuhalten.

Ein Phasendetektor 14 ist mit der Stromversorgung 12 ver­ bunden und überwacht die nichtlineare Stromwellenform durch die Bauteile in der Stromversorgung 12. Der Phasendetektor 14 erzeugt eine synchronisierte Sägezahn-Spannungswellen­ form, die dann verwendet wird eine Zeitverzögerung für das Auslösen des Arbeitspulsgenerators 16 zu erzeugen. Je länger die Zeitverzögerung zur Erzeugung des Arbeitspulses ist, um so kleiner ist die von der Last erhaltene Leistung.

Ein Leistungspegel-Steuerungsschaltkreis 18 ist zwischen dem Phasendetektor 14 und dem Arbeitspulsgenerator 16 verbunden und stellt dem Benutzer Steuerungs- bzw. Einstellpotentio­ meter zur Verfügung, damit die von der Steuerungsschaltung gelieferte Minimalleistung und auch der zur jeweiligen Zeit gewünschte Leistungspegel eingestellt werden können. Diese Schaltkreise setzen eine Schwellenspannung fest, die einen Spannungskomparator steuert, wie es noch im einzelnen im Zu­ sammenhang mit der Fig. 2 erörtert werden wird. Die Säge­ zahnspannung ist auch mit dem Spannungskomparator verbunden, und, wenn die Sägezahnspannung die Schwellenspannung über­ schreitet, wird der Arbeitspulsgenerator 16 ausgelöst, der dann den Schalter 8 wieder in die Ein-Stellung schaltet. Da der Phasendetektor 14 als ein Ganzwellenschaltkreis arbei­ tet, wird der Arbeitspulsgenerator zweimal während jeder Periode der Wechselspannung ausgelöst.

Um eine Leuchtstoffröhre zu betreiben, ist es erforderlich, sie zunächst einzuschalten und bei voller Helligkeit zu be­ treiben, damit Zeit zum Aufwärmen und zur Impedanzstabili­ sierung zur Verfügung steht. Ein Aufwärmzeitgeber 20, der mit dem Leistungspegel-Steuerungsschaltkreis 18 verbunden ist, wird in der Einrichtung hierfür verwendet. Der Aufwärm­ zeitgeber 20 ändert den Pegelsteuerungsschaltkreis, so daß die Beleuchtungen bei maximaler Helligkeit während einer ge­ gebenen Zeitdauer, beispielsweise 12-15 Sekunden, gehalten werden. Nach dieser Zeitdauer werden die Beleuchtungen auf den vorhergehend mittels des Pegelsteuerungspotentiometers eingestellten Wert heruntergeregelt.

Für einen Stromausfall ist es erforderlich einen Wiederhol­ start-Erfassungskreis 22 vorzusehen. Die Aufgabe des Wieder­ holstart-Erfassungskreises 22 besteht darin, den Aufwärm­ zeitgeber 20 erneut zu starten und zu bewirken, daß der Startpulsgenerator erneut ausgelöst wird, wenn der Strom wieder zur Verfügung steht. Dieser Schaltkreis arbeitet nor­ malerweise für kurze Stromausfälle. Es ist jedoch nicht mög­ lich genügend Leistung in dem Schaltkreis zu speichern, um die Beleuchtung nach einem Stromausfall von einigen Sekunden erneut zu starten. Dann muß der Hauptschalter 6 ausgeschal­ tet und erneut eingeschaltet werden, um die Leuchtstoffröh­ renbeleuchtung wieder zu betreiben.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild des Blockdiagramms der Fig. 1. Die Stromversorgung 6 ist in zwei Bereichen der Fig. 2 gezeigt. Auf der rechten Seite der Schaltung ist ein Halbwellen-Gleichrichterschaltkreisabschnitt der Stromversorgung gezeigt. Der Gleichrichterschaltkreis umfaßt die Diode 15 und Widerstände R26, R27 und R28 und wird verwendet, um den Stromversorgungfilterkondensator C2 während der Zeitdauer aufzuladen, wenn der Schalter 8 nicht von Strom durchflossen wird.

Wenn die Spannung zuerst eingeschaltet wird, muß der Strom­ versorgungfilterkondensator C2, der vorhergehend vollkommen entladen worden war, aufgeladen werden, bevor irgendein Be­ trieb möglich ist. Der Aufladestrom wird über die Diode D15 und das Widerstandsnetzwerk bereitgestellt. Sobald der Schalter 8 geschaltet worden ist und fortfährt, während des Stromversorgungsbetriebes für die Last auszulösen, wird ein Stromfühlertransformator TX1 für einen Ganzwellengleichrich­ terausgang verwendet, das Stromlieferungsvermögen der Strom­ versorgung 12 auf das für den Dauerbetrieb des Schaltkreises Erforderliche zu bringen. Die Zehner-Diode D5 begrenzt den positiven Ausgangspegel der Stromversorgung auf 39 V. Die Ausgangswellenform der Stromversorgung am Prüfpunkt T.P.1 der Fig. 2 ist in der Fig. 3 durch die Kurve a dargestellt.

Der Startpulsgenerator 10 ist der bei dem Transistor Q1, ei­ nem 2N6028 Unÿunktions-Transistor, zentrierte Schaltkreis. Der Unÿunktions-Transistor-Schaltkreis ist so vorgespannt, daß er einen Impuls am Ende des Zeitintervalls erzeugen kann, das durch die Zeitkonstante aus dem Widerstand R22 und dem Kondensator C7 sowie durch den durch die Widerstände R24 und R25 erzeugten Vorspannungswert festgelegt ist. Der Uni­ junktions-Transistor geht sofort in den leitenden Zustand, wenn die Spannung über den Kondensator C7 einen Pegel von 6/10 eines Volts über der Vorspannung liegt, die durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R24 und R25 erzeugt wird. Die Konstanten der Stromversorgung sind so einge­ stellt, daß die Vorspannung am Transistor Q1 schneller als die Spannung an dem Kondensator C7 steigt, so daß ein Strom­ versorgungsvermögen von nahezu 39 Volt erreicht ist, bevor der Transistor Q1 durchschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ladung auf dem Kondensator C7 durch den Transistor und dann durch die Diode D14 zu dem Gate des Schalters Q2 gelei­ tet. Die Widerstände R23 und R20 haben die Aufgabe, die Last niederzuziehen, wenn kein Impuls vorliegt, wodurch das Gate des Schalters sowie durch den Widerstand R23 die Kathode des Transistors Q1 auf Spannungsnullpotential gehalten werden. Sobald der Kondensator C7 entladen worden ist, ist der durch den Widerstand R22 und dann durch den Transistor Q1 fließen­ de Strom ausreichend, den Transistor Q1 leitend zu halten, und deshalb eine erneute Aufladung des Kondensators C7 zu verhindern.

Für die Möglichkeit des Wiederhohlungsstarts ist ein Tran­ sistor T1 vorgesehen, um die Anodenspannung des Transistors Q1 auf einem Pegel von 1 Volt am Ende des Aufwärmezeitgeber­ intervalls zu halten. Wenn dieses erfolgt, wird der Transis­ tor Q1 nichtleitend, und solange die Pegelhaltung andauert, wird der Kondensator C7 nicht wieder aufgeladen. Der Tran­ sistor T1 bleibt leitend und hält den Startpulsgenerator bis der Aufwärmzeitgeber 20 wieder ausgelöst wird, wie es weiter unten im einzelnen erörtert wird.

Der Phasendetektorschaltkreis 14 verwendet einen Komparator 24, der durch einen Abschnitt eines integrierten Schaltkrei­ ses LM339 gebildet ist. Der Eingang dieses Komparators ist an der Anschlußklemme 5 mit einem konstanten Spannungspegel von 5,1 V von der Zehner-Diode D9 vorgespannt. Der andere Eingang des Komparators 24 des Phasendetektors kommt von dem Ganz­ wellengleichrichter, der von dem Transformator TX1 und den Dioden D1 und D4 gebildet ist. Wenn der Startpuls an dem Schalter Q2 angreift, fließt ein starker Strom durch die Primärwicklung des Transformators, wodurch eine Spannung an der Anschlußklemme 4 des Komparators auftritt. Diese Span­ nung ist proportional zu dem Stromfluß und wird im allgemei­ nen viel größer als die 5 Volt Vorspannung an der anderen Eingangsklemme sein. Deshalb wird der Komparator 24 ausge­ löst und sein Ausgang geht auf Masse. Er bleibt in diesem Zustand bis der Strom beim Nulldurchgang der Wechselspannung aufhöhrt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter Q2 nichtlei­ tend, wodurch die Spannung an der Anschlußklemme 4 auf Null fällt. Wenn dies auftritt geht der Komparatorausgang in ei­ nen Zustand mit hoher Impedanz und der Kondensator C4 be­ ginnt mit dem Aufladen über den Widerstand R6. Die Zeitkon­ stanten für den Widerstand R6 und den Kondensator C4 bewir­ ken, daß der Spannungspegel nahezu linear während der inter­ essierenden Zeitdauer steigt. Deshalb ist die an dem Konden­ sator C4 erscheinende Spannung ein Sägezahn, dessen Null­ punkt mit dem Abschaltzeitpunkt synchronisiert ist, wie es die Kurve b in Fig. 3 zeigt, die am Prüfpunkt T.P.2 abge­ nommen worden ist. Tatsächlich tritt der Start ein ganz biß­ chen früher als das Stromabschalten wegen der 5 Volt Vor­ spannung ein, jedoch bleibt die Zeit eine synchrone Bezugs­ größe.

Die als Ausgang des Phasendetektorschaltkreises 14 erzeugte Sägezahnwellenform ist mit dem Spannungskomparator 26 ver­ bunden, der sich in dem Arbeitspulsgeneratorschaltkreis be­ findet. Dieser Komparator 26 ist auch durch eine positive Spannung an seinem positiven Eingang, der Anschlußklemme 9, vorgespannt und erhält den Sägezahn an seinem Minuseingang, dem Anschluß 8. Wenn der Spannungsanstieg des Sägezahns die Vorspannung an der Anschlußklemme 9 erreicht, wird der Kom­ parator unmittelbar leitend und sein Ausgang fällt auf Null. Da der Sägezahn zu einem mit dem Nulldurchgang der Versor­ gungswechselspannung synchronisierten Zeitpunkt begann, ist der negative Durchgang des Ausgangs des Komparators 26 eben­ falls mit der Wechselspannungswellenform synchronisiert, ist jedoch zeitlich in Bezug auf die Vorspannung an der An­ schlußklemme 9 versetzt.

Der Ausgang des Pulsgeneratorkomparators 26 bleibt auf einem Nullpegel bis die Sägezahnspannung wieder am Ende des Halb­ periodendurchgangs der Wechselspannung abgeschaltet wird. Dieses nach Negativ gehende Signal wird durch den Kopplungs­ schaltkreis aus dem Kondensator C6 und dem Widerstand R17 differenziert, so daß nur die ansteigende Flanke des nach Negativ gehenden Signals zu dem Gate des Transistors T2 gelangt. Der Kondensator C6 und der Widerstand R17 ermögli­ chen daher, daß ein Strom zu der Basis des Transistors T2 während nur einiger Mikrosekunden fließt. Dieses ermöglicht, daß der Transistor leitet und einen großen Stromfluß zu dem Gate des Transistors Q2 überführt, und diesen zu einem Zeit­ punkt einschaltet, der durch die Einstellung der Vorspannung an dem Komparator 26 des Pulsgenerators ausgewählt ist. Der Stromfluß zu dem Gate des Schalters wird durch den Kollek­ torwiderstand R21 auf einen Strompuls von ungefähr 200 mA während einer Zeitdauer von weniger als 10 Mikrosekunden eingestellt. Der Widerstand R18 an der Basis des Transistors T2 bewirkt, daß die Basisspannung auf einen Nullspannungswert relativ zu dem Emitter zurückkehrt und deshalb den Transis­ tor abschaltet und so hält bis ein anderer Impuls von dem Komparator des Pulsgenerators kommt.

Bei dem Leistungspegel-Steuerungsschaltkreis 18 wird der Vorspannungswert an dem Komparator 26 des Pulsgenerators mit einem Potentiometer R8 eingestellt. Dieses Potentiometer ist für den Benutzer bequem durch einen Leistungswert-Einstell­ knopf zugängig. Das Potentiometer R8 befindet sich in einer Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen R7, R8, R9 und R10. Die Auslegung dieses Spannungsteilers ergibt dann einen oberen und unteren Grenzwert für die Spannung, die an den Anschluß 9 des Komparators 26 des Pulsgenerators gelegt wer­ den kann. Der obere Grenzwert ist eine Spannung, die durch den Strom durch den Widerstand R7 gesteuert wird. Der untere Grenzwert wird jedoch durch das Einstellen eines Potentiome­ ters R9 gesteuert, so daß das Leistungssteuerungspotentiome­ ter R8 niemals auf einen solchen Wert eingestellt werden kann, daß die Leuchtstoffröhre erlischt. Das Potentiometer R9 kann mittels eines Schraubenziehers eingestellt werden und wird beim Einbau und manchmal auch noch später einge­ stellt, wenn die Leuchtstoffröhren soweit gealtert sind, daß das Licht flackert, wenn der Steuerungsknopf auf sein Mini­ mum eingestellt wird. Wenn dieses auftritt, wird das Poten­ tiometer R9 erneut eingestellt, um den unteren Grenzwert auf oberhalb des Wertes anzuheben, wo die Beleuchtung flackert.

Der Wiederholstarterfassungsschaltkreis 22 verleiht der Ein­ richtung nach der Erfindung die Fähigkeit selbsttätig die Leuchtstoffröhren nach einem kurzen Stromausfall erneut zu starten. Wenn ein momentaner Stromausfall auftritt und die Leuchtstoffröhren auf einen niederen Wert eingestellt worden sind, so werden sie nicht auf diesem niederen Einstellwert erneut starten. Der Wiederhohlstarterfassungsschaltkreis 22 verwendet wieder den Spannungskomparator 28, einen Abschnitt des integrierten Schaltkreise LM339, der eine Versorgungs­ spannung überwacht und feststellt, wenn diese unter 20 Volt fällt. Dies wird dadurch erreicht, daß der negative Eingang des Komparatorts 28 auf einen Wert von 20 Volt vorgespannt wird, der durch den Spannungsführungspunkt der Zener-Diode D6 festgelegt ist.

Die Diode D6 wird so lange durch den durch den Widerstand R1 fließenden Strom leitend gehalten, wie die Versorgungsspan­ nung 20 Volt überschreitet. Die Vorspannung von 20 Volt wird verwendet, den Kondensator C1 aufzuladen, der diesen Spannungspegel speichert, obgleich die Versorgungsspannung von Zeit zu Zeit diesen Wert unterschreitet. Wenn die Ver­ sorgungsspannung sinkt, entlädt sich der Kondensator C1 langsam über den Widerstand R2 und wird in ungefähr sechs Sekunden auf Null abfallen. Deshalb können Stromausfälle von weniger als zwei Sekunden selbsttätig durch diesen Schalt­ kreis gehandhabt werden. Wenn die Versorgungsspannung unter den Vorspannungspegel von 20 Volt absinkt, geht der Ausgang des Komparators auf Masse und führt zu einer Entladung der Kondensatoren C4 und C5. Der Kondensator C4 ist, wie bereits erwähnt wurde, der Steuerkondensator für die Sägezahn-La­ dung, und die Sägezahn-Spannung würde dann ungefähr auf einen Spannungspegel von 1 Volt verringert werden, was weit unterhalb der Schwelle für den Pulsgenerator wäre. Deshalb macht dieser Schaltkreis den Pulsgenerator über die Diode D7 unwirksam. Eine zweite Diode D8 ist mit dem Kondensator C5 verbunden und entlädt ihn auch. Dadurch ist es möglich, daß der Aufwärmzeitgeber mit seinem Zeitintervall von 12 Sekun­ den erneut starten kann und deshalb einen Wiederholstart­ vorgang veranlaßt.

Der Aufwärmzeitgeber 20 arbeitet beim Betrieb der Vorrich­ tung nach der Erfindung zu zwei unterschiedlichen Zeitpunk­ ten. Der erste Betriebseinsatz erfolgt während des anfäng­ lichen Startens eines Satzes von Leuchtstoffröhren. Der zweite Einsatz des Aufwärmzeitgebers erfolgt, wenn die Leuchtstoffröhren nach einem vorübergehenden Stromausfall erneut gestartet werden müssen. Der Aufwärmezeitgeber weist einen vierten Komparator des integrierten Schaltkreises LM339 auf. Die Zeitgabe geschieht durch Vergleich einer Spannung einer Zener-Diode D11 mit der Spannung aufgrund der Ladung des Kondensators C5. Beim anfänglichen Start steigt die Spannung über die Diode D11 zusammen mit der Versor­ gungsspannung, wenn der Spannungsversorgungskondensator C2 durch den Stromversorgungsschaltkreis D15, R28, R27 und R26 aufgeladen wird. Dies ist eine positive Spannung , die an dem negativen Eingang des Komparators 30 liegt, und während der ersten Betriebsphase, (das heißt 12 Sekunden), ist die Spannung an der Zener-Diode D11 und dem Anschluß 10 des Komparators positiver als die Spannung an der Anschlußklemme 11. Deshalb bleibt der Ausgang des Komparators in einem niederen Zustand. Dieser niedere Zustand bewirkt, daß im Widerstand R14 ein Strom fließt, der die Spannung an der positiven Anschlußklemme 9 des Pulsgenerators auf einen kleineren Spannungswert als den durch das Betriebspotentio­ meter eingestellten herunterzieht.

Diese Schwellenwertänderung bewirkt, daß die Steuerungsvor­ richtung die maximale Leistung an die Last abgibt. Deshalb gelangen die Leuchtstoffröhren zur vollen Helligkeit und bleiben bei dieser, bis der Zeitgeber die Steuerung frei­ gibt. Dies erfolgt, wenn der Kondensator C5 auf den durch die Diode D11 eingestellten Spannungspegel gerade etwas über 20 Volt aufgeladen ist. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Aus­ gang des Komparators einen Zustand hoher Impedanz an und er­ möglicht, daß die Schwelle des Komparators des Pulsgenera­ tors auf den durch das Einstellpotentiometer eingestellten Pegel zurückkehrt. Wie bereits erwähnt, so ist der Ausgang des Aufwärmzeitgebers auch mit dem Transistor T1 über die Diode D12 verbunden. Diese Verbindung ermöglicht, daß der Aufwärmzeitgeber den Startpulsgenerator wirksam macht, da, wenn der Ausgang des Komparators des Aufwärmzeitgebers nach unten gezogen worden ist, dieser auch die Basisspannung des Transistors T1 auf einen niederen Wert unterhalb der Ein­ schaltvorspannung zieht, so daß der Kollektor schwimmen und somit der Kondensator C7 in dem Startpulsgenerator mit dem Laden beginnen kann.

Wenn der Zeitgeber abschaltet, nimmt sein Ausgang einen hohen Zustand an. Deshalb kann die Basis des Transistors T1 wegen des Stromflusses durch den Widerstand R16 ansteigen, so daß er einschaltet und den Kondensator C7 kurzschließt, wodurch der Startpulsgenerator 10 während der normalen Be­ triebszeit unwirksam ist. Bei einem momentanen Stromausfall kann der Wiederholstarterfassungsschaltkreis 22 auch den Betrieb des Aufwärmzeitgebers 20 veranlassen, indem eine Entladung des Kondensators C5 über die Diode D8 bewirkt wird, wenn der Ausgang des Wiederholstarterfassungsschalt­ kreises auf Masse gezogen ist. Dies führt zu einer Verrin­ gerung der Vorspannung an der Anschlußklemme 11 des Aufwär­ mezeitgebers weit unter die 20 Volt von der Diode D11 am anderen Eingang. Deshalb wird der Ausgang niedrig, ver­ schiebt den Betriebspegel zu einer maximalen Leistungsabgabe für maximale Beleuchtungshelligkeit und ermöglicht, daß der Startpulsgenerator arbeiten kann, so daß ein Neustart er­ folgt.

Während in Übereinstimmung mit den Patentierungsvorschriften bevorzugte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfin­ dung dargestellt und beschrieben worden sind, so ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem vorbeschriebenen Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (8)

1. Steuerungseinrichtung für die Steuerung der von einer Wechselstromquelle einer Last, wie einer Leuchtstoff­ röhre, zugeführten Energie, gekennzeichnet durch

• a) eine Stromversorgungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines gleichgerichteten Wechselspannungleistungs­ ausgangssignales,
• b) einen Startpulsgenerator (10), der mit der Strom­ versorgungseinrichtung (12) verbunden ist, um einen Startpuls im Ansprechen auf das Leistungsausgangs­ signal zu erzeugen,
• c) eine Schaltereinrichtung (8), die mit der Stromver­ sorgungseinrichtung (12) und dem Startpulsgenerator (10) verbunden ist, wobei die Schaltereinrichtung (8) im Ansprechen auf den Startpuls mit Energie beaufschlagt wird, um die Last mit Strom zu versorgen,
• d) eine Phasendetektoreinrichtung (14), die mit der Stromversorgungseinrichtung (12) verbunden ist und durch die eine synchronisierte Sägezahn-Spannungs­ wellenform von dem gleichgerichteten Spannungsaus­ gang erzeugbar ist, wobei durch die Sägezahn-Span­ nungswellenform eine Zeitverzögerung erzeugbar ist,
• e) eine Leistungspegel-Steuerungseinrichtung (18), die mit der Stromversorgungseinrichtung (12) verbunden ist, um einen Spannungsschwellenwert zur Steuerung des der Last zugeführten Leistungswertes einzustel­ len, und
• f) einen Arbeitspulsgenerator (16), der mit der Pha­ sendetektoreinrichtung (14) und mit der Pegel­ steuerungseinrichtung (18) verbunden ist, um die Sägezahn-Spannungswellenform mit dem Spannungs­ schwellenwert zu vergleichen, wobei der Arbeits­ pulsgenerator (16) einen Arbeitspuls erzeugt, um die Schaltereinrichtung (8) mit Energie zu beaufschlagen, wenn die Sägezahn-Spannungswellen­ form den Spannungsschwellenwert überschreitet, wodurch beim Betrieb der Pegelsteuerungseinrichtung (18) die von dem Arbeitspulsgenerator (16) erzeugten Arbeitspulse gesteuert werden können, um die Betriebsweise der Schaltereinrichtung (8) zu steuern und die Last mit Leistung zu versorgen.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ferner eine Zeitgebereinrichtung (20) vorgesehen ist, die mit der Pegelsteuerungseinrichtung (18) verbun­ den ist, um die Pegelsteuerungseinrichtung (18) während einer anfänglichen Zeitdauer unwirksam zu machen und dadurch der Last maximalen Strom während ihres Startvor­ ganges zu zuführen.

3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Einrichtung (22) für einen Wiederhol­ start der Last beim Auftreten eines kurzen Stromausfalls von der Stromversorgungseinrichtung (12) vorgesehen ist.

4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wiederholstarteinrichtung (22)

• a) eine Einrichtung, um zu erfassen, wenn die Spannung von der Stromversorgungseinrichtung (12) unter einen vorgegebenen Wert fällt, und um den Arbeitspulsgene­ rator (16) im Ansprechen darauf unwirksam zu machen, und
• b) eine Einrichtung, um die Zeitgebereinrichtung (20) wirksam zu machen, wenn die Spannung über den voge­ gebenen Wert steigt, damit die Last erneut gestartet wird, umfaßt.

5. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (12) einen Transfor­ mator (TX1) aufweist, um die gleichgerichtete Ausgangs­ spannung zu erzeugen.

6. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Ausgangsstrom von der Schaltereinrichtung (8) dem Transformator (TX1) zugeführt wird.

7. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendetektoreinrichtung (14) einen ersten Kom­ parator (24) umfaßt, der einen Ausgang erzeugt, wenn das gleichgerichtete Leistungsausgangssignal einen gegebenen Vorspannungskegel überschreitet, um dadurch die synchro­ nisierte Sägezahn-Spannungswellenform zu erzeugen.

8. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiepegelsteuerungseinrichtung (18) eine erste Potentiometereinrichtung (R8) zur Steuerung eines minimalen Spannungsschwellenwertes und eine zweite Potentiometereinrichtung (R9) zur Steuerung des an die Last gelegten Spannungsschwellenpegels aufweist.