DE4128263C2 - Einrichtung zur Steuerung der einer Last, wie einer Leuchtstofflampe, zugeführten Energie - Google Patents
Einrichtung zur Steuerung der einer Last, wie einer Leuchtstofflampe, zugeführten EnergieInfo
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- DE4128263C2 DE4128263C2 DE4128263A DE4128263A DE4128263C2 DE 4128263 C2 DE4128263 C2 DE 4128263C2 DE 4128263 A DE4128263 A DE 4128263A DE 4128263 A DE4128263 A DE 4128263A DE 4128263 C2 DE4128263 C2 DE 4128263C2
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung
der Leistungsaufnahme einer von einer Wechselstromquelle
gespeisten, mit der Schaltungsanordnung in Reihe
verbundenen Leuchtstoffröhre, mit den Merkmalen im
Oberbegriff des Anspruchs 1 (EP 0 104 397 A2).
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, genauso 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 eingangs genannte EP-A2-0104397 zeigt eine Dimmer-Schaltung zum Steuern einer von
einer Wechselstromquelle gespeisten Leuchtstoffröhre, die in
Reihe zu dieser Schaltung liegt. Diese Schaltung weist auf
einen Triac, eine Phasenschnittsteuerung desselben,
einen Aufwärmezeitgeber in Verbindung mit einem kombinierten
Start- und Arbeitspulsgenerator, wobei auch hier eine Zwei
leitungsanordnung gegeben ist. Bei dieser
bekannten Schaltungsanordnung ist keine Meßnahme vorgesehen,
durch die das Altern von Leuchtstoffröhren berücksichtigt
werden kann. Daher besteht die Gefahr, daß eine an sich noch
funktionstüchtige Leuchtstoffröhre ausgewechselt werden muß
und durch eine neue ersetzt werden muß, da ihrer Alterung
nicht Rechnung getragen wurde.
Die DE 34 07 066 A1 zeigt eine Steuerschaltung zur Ansteuerung
von Gasentladungslampen, welche eine Wiederholstarterfassungs-Schaltung
umfaßt.
Die US-PS 4950963 zeigt einen Dimmer für Gasentladungslampen
mit einem Aufwärmzeitgeber, der bewirkt, daß der Gasentla
dungslampe während einer vorbestimmten Anfangsbetriebszeit
die volle Leistung zugeführt wird.
Die US-PS 49 37 507 zeigt gleichfalls eine Schaltung zur An
steuerung einer Fluoreszenzlichtlampe, bei der während einer
anfänglichen Zeitdauer nach dem Einschalten die Leistung mit
einer solchen Verzögerung der Lampe zugeführt wird, daß sich
elektronische Komponenten der Schaltung stabilisiert haben,
wobei nach Ablauf dieser Zeitdauer das Dimmsignal für die
Lampe verzögert wird und anstelle dessen die volle Leistung
während einer Aufwärmzeitdauer zur Verfügung gestellt wird,
die ein Aufwärmen des Lampenfilamentes ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsan
ordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß
Alterungserscheinungen bei Leuchtstoffröhren berücksichtigt
werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Pa
tentanspruch 1 gelöst.
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
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. einen
Zweirichtungs-Thyristor. 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 8 nicht eingeschaltet. Er erwartet
vielmehr ein Signal an seinem Gate, das von einem 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 8 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 eines 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 Vollwellenschaltkreis arbei
tet, wird der Arbeitspulsgenerator 16 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 18, 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 R8
eingestellten Wert heruntergesteuert.
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 10 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 mit dem Hauptschalter 6 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 eine Vollwellengleichrich
tung 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 Unÿunction-Transistor, zentrierte Schaltkreis.
Der Unÿunctions-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
junctions-Transistor Q1 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 Zeitkonstanten der Stromversorgung sind so gewählt,
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 Q1 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 Q2 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 Wiederholungsstarts 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 10 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 14 kommt von dem Voll
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 24 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
aufhört. 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 Ausgangssignal des Phasendetektorschaltkreises 14 erzeugte
Sägezahnspannung ist dem Spannungskomparator 26 zugeführt,
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 T2 leitet und einen großen Strom zu dem
Gate des Transistors Q2 leitet und diesen zu einem Zeit
punkt einschaltet, der durch die Einstellung der Vorspannung
an dem Komparator 26 des Arbeitspulsgenerators 16 ausgewählt ist. Der
Stromfluß zu dem Gate des Schalters Q2 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 T2 abschaltet und so hält, bis ein anderer Impuls von dem
Komparator 26 des Arbeitspulsgenerators 16 kommt.
Bei dem Leistungspegel-Steuerungsschaltkreis 18 wird der
Vorspannungswert an dem Komparator 26 des Arbeitspulsgenerators 16 mit
einem Potentiometer R8 eingestellt. Dieses Potentiometer R8 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 Arbeitspulsgenerators 16 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 so weit 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 anfängt zu flackern.
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 Wiederholstarterfassungsschaltkreis 22
verwendet einem 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 28 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 Arbeitspulsgenerator 16 wäre. Deshalb
macht dieser Schaltkreis den Pulsgenerator 16 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 20 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 20 weist
einen vierten Komparator 30 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 30 positiver als die Spannung an der Anschlußklemme
11. Deshalb bleibt der Ausgang des Komparators 30 in einem
niederen Zustand. Dieser niedere Zustand bewirkt, daß im
Widerstand R14 ein Strom fließt, der die Spannung an der
positiven Anschlußklemme 9 des Arbeitspulsgenerators 16 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 Aufwärmzeitgeber 20 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 26 des Arbeitspulsgenera
tors 16 auf den durch das Einstellpotentiometer eingestellten
Pegel zurückkehrt. Wie bereits erwähnt, ist so der Ausgang
des Aufwärmzeitgebers 20 auch mit dem Transistor T1 über die
Diode D12 verbunden. Diese Verbindung ermöglicht, daß der
Aufwärmzeitgeber 20 den Startpulsgenerator 10 wirksam macht, da,
wenn der Ausgang des Komparators 30 des Aufwärmzeitgebers 20 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 10 mit dem
Laden beginnen kann.
Wenn der Aufwärmzeitgeber 20 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 22 auf Masse gezogen ist. Dies führt zu einer Verrin
gerung der Vorspannung an der Anschlußklemme 11 des Aufwär
mezeitgebers 20 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 10 arbeiten kann, so daß ein Neustart er
folgt.
Claims (8)
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Leistungsaufnahme
einer von einer Wechselstromquelle gespeisten, mit der
Schaltungsanordnung in Reihe verbundenen Leuchtstoffröhre, mit
- b) einem Startpulsgenerator (10), durch den ein Start puls erzeugbar ist,
- c) einer Schaltereinrichtung (8), die mit dem Start pulsgenerator (10) verbunden ist und in Antwort auf den Startpuls aktivierbar ist, wodurch der Leucht stoffröhre Strom zuführbar ist,
- d) einer Spannungserzeugungs-Einrichtung (14), durch die eine periodische Spannung erzeugbar ist,
- e) einer einen ersten einstellbaren Widerstand (R8) aufweisenden Leistungsaufnahme-Steuerungseinrichtung (18), durch die eine Spannung zur Steuerung der der Leuchtstoffröhre zuzuführenden Leistung einstellbar ist, und
- f) einem Arbeitspulsgenerator (16), der mit der Span
nungserzeugungs-Einrichtung (14) und mit der Lei
stungsaufnahme-Steuerungseinrichtung (18) verbunden
ist und mit dem die periodische Spannung mit der
durch die Leistungsaufnahme-Steuerungseinrichtung
eingestellten Spannung vergleichbar ist, wobei
durch den Arbeitspulsgenerator (16) ein Arbeitspuls
zur Aktivierung der Schaltereinrichtung (8) erzeugt
wird, wenn die periodische Spannung die durch die
Leistungsaufnahme-Steuerungseinrichtung eingestellte
Spannung überschreitet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Spannungs-Erzeugungseinrichtung
(14) erzeugte periodische Spannung eine Sägezahn
spannung ist,
daß die Leistungsaufnahme-Steuerungseinrichtung (18) einen zweiten einstellbaren Widerstand (R9) aufweist, der mit dem ersten einstellbaren Wider stand (R8) in Reihe geschaltet ist derart, daß durch Einstellen des zweiten einstellbaren Wider standes (R9) der durch die Leistungsaufnahme- Steuerungseinrichtung einstellbare Spannungswert nur innerhalb eines Spannungsbereiches veränderbar ist, innerhalb dessen ein zuverlässiger Betrieb der Leuchtstoffröhre gewährleistet ist.
daß die Leistungsaufnahme-Steuerungseinrichtung (18) einen zweiten einstellbaren Widerstand (R9) aufweist, der mit dem ersten einstellbaren Wider stand (R8) in Reihe geschaltet ist derart, daß durch Einstellen des zweiten einstellbaren Wider standes (R9) der durch die Leistungsaufnahme- Steuerungseinrichtung einstellbare Spannungswert nur innerhalb eines Spannungsbereiches veränderbar ist, innerhalb dessen ein zuverlässiger Betrieb der Leuchtstoffröhre gewährleistet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch
eine Zeitgebereinrichtung (20), die mit der Leistungs
aufnahme-Steuerungseinrichtung (18) verbunden ist, um
diese während einer anfänglichen Zeitdauer unwirksam zu
machen und um dadurch der Last maximalen Strom während
des Startvorganges zuzuführen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn
zeichnet durch
eine Einrichtung (22) für einen Wiederholstart der Last
bei Auftreten eines kurzen Stromausfalles einer Strom
versorgungseinrichtung (12).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die Wiederholstarteinrichtung (22) folgende Merkmale
aufweist:
- a) eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen, ob die von der Stromversorgungseinrichtung (12) abgegebene Spannung unter einen vorgegebenen Wert fällt, welche in diesem Fall den Arbeitspulsgenerator (16) unwirksam schaltet und
- b) eine Schaltung zum Wirksamschalten einer Zeitgeber einrichtung (20), wenn die Spannung von der Strom versorgungseinrichtung (12) über den vorgegebenen Wert steigt, um die Last erneut zu schalten.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die Stromversorgungseinrichtung (12) einen Transfor mator (TX1) aufweist, der eine gleichgerichtete Ausgangs spannung erzeugt, und
daß der Ausgangsstrom von der Schaltereinrichtung (8) dem Transformator (TX1) zugeführt wird.
daß die Stromversorgungseinrichtung (12) einen Transfor mator (TX1) aufweist, der eine gleichgerichtete Ausgangs spannung erzeugt, und
daß der Ausgangsstrom von der Schaltereinrichtung (8) dem Transformator (TX1) zugeführt wird.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungserzeugungs-Einrichtung (14) einen Komparator
(24) umfaßt, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das
gleichgerichtete Leistungsausgangssignal einen vorgege
benen Spannungspegel überschreitet, um dadurch eine syn
chronisierte Sägezahnsignalverlaufsform zu erzeugen.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leistungsaufnahme-Steuerungseinrichtung (18) ein
erstes Potentiometer (R8) zur Steuerung eines minimalen
Spannungsschwellenwertes und ein zweites Potentiometer
(R9) zur Steuerung des an die Last gelegten Spannungs
schwellenpegels aufweist.
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