DE4406000A1 - Dimmerschaltung für Gasentladungslampen mit elektronischen Vorschaltgeräten - Google Patents

Description

In den letzten Jahren ist der Bedarf an Dimmern, d. h. von Einrichtungen, die es gestatten, die Helligkeit von Beleuchtungs­ körpern zu variieren, laufend gestiegen. Herkömmliche Glühlampen und Halogenlampen sind mit einem relativ geringen Aufwand zu dim­ men, und es befindet sich eine große Anzahl von Geräten dieser Art auf dem Markt.

Etwas komplizierter gestaltet sich das Dimmen bei Leucht­ stoffröhren, insbesondere bei Kompaktlampen mit elektronischen Vorschaltgeräten. Für Kompaktlampen sind praktisch noch keine brauchbaren Lösungen auf dem Markt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache, betriebssichere und preisgünstige Lösung vorzustel­ len.

Die erfindungsgemäße Lösung einer Dimmerschaltung eignet sich vor allem für Gasentladungslampen, deren elektronisches Vorschalt­ gerät mit einem Converter ausgestattet ist, welcher die Eingangs­ spannung mittels Schalttransistoren zunächst in eine hochfrequente Wechselspannung umformt, die mittelbar oder unmittelbar der Gas­ entladungslampe zugeführt wird, wobei erfindungsgemäß eine zweite Converterschaltung vorgeschaltet wird, welche die Eingangsspannung in eine hochfrequente Wechselspannung umformt und nach Gleichrich­ tung dem ersten Converter zuführt. Durch die vorgeschaltete zweite Converterschaltung erreicht man, daß die Gasentladungslampe mit ihrem Vorschaltgerät mit Gleichstrom versorgt wird und dadurch über ein von Hand oder fernbedienbares Schaltmittel durch Regelung der gleichgerichteten Ausgangsspannung ein Dimmen der ersten Con­ verterschaltung mit der Gasentladungslampe möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die zweite Converter­ schaltung in bekannter Art mit Schaltmitteln zur Oberwellenredu­ zierung ausgestattet werden kann, so daß diese Art der Dimmung auch künftigen strengeren Vorschriften in Bezug auf Oberwellenge­ halt gerecht wird.

Auch die Stabilisierung der Ausgangsspannung des zweiten Con­ verters ist in bekannter Art durch einfache Schaltmittel möglich, so daß der Einfluß von Netzspannungsschwankungen auf den ersten Converter praktisch vollkommen beseitigt werden kann.

Erfindungsgemäß wird überdies vorgeschlagen, in der zweiten Converterschaltung Schaltmittel vorzusehen, welche beim Ein­ schalten dem ersten Converter zunächst eine Spannung zuführen, die für ein zuverlässiges Zünden der Gasentladungslampe ausreicht, und dann zeitabhängig nach einer vorgegebenen Zünddauer auf die je­ weils eingestellte Dimmung regeln.

Eine solche Maßnahme, um ein zuverlässiges Zünden der Gasent­ ladungslampe zu erreichen, kann auch in der Art realisiert werden, daß nach dem Einschalten dem ersten Converter zunächst eine Span­ nung zugeführt wird, die für ein zuverlässiges Zünden der Gasent­ ladungslampe ausreicht und, abhängig von dem eingetretenen Zünd­ vorgang bzw. dem dann herrschenden Strom- oder Spannungszustand, die vorher eingestellte Dimmung eintritt.

Die einfache und zuverlässige Beeinflussung der zweiten Con­ verterschaltung gestattet auch, temperaturabhängige Schaltmittel anzuordnen, welche die Größe der Ausgangsspannung und/oder die Zündbedingungen derart beeinflussen, daß z. B. tiefe Wintertempera­ turen keinen Lichtverlust oder Zündstörungen bewirken.

Aber auch die Anordnung von lichtabhängigen Schaltmitteln in der zweiten Converterschaltung gestattet erfindungsgemäß, einen echten Dämmerungsschalter zu realisieren, welcher abhängig von Ta­ geslicht die Helligkeit der Leuchtstofflampe anpaßt, bzw. sie ein- oder abschaltet.

Eine weitere Sicherheitsschaltung besteht darin, daß der zweite Converter Schaltmittel enthält, die beim Dimmen den zweiten Converter und damit die gesamte Stromversorgung abschalten, sobald die Gasentladungslampe verlischt, wodurch vermieden wird, daß z. B. weiterhin der Heizstrom der Elektroden fließt, ohne daß Licht ab­ gegeben wird.

Eine solche Sicherheitsschaltung kann erfindungsgemäß auch darin bestehen, daß man im zweiten Converter Schaltmittel anord­ net, welche z. B. bei Unterschreitung der Nennleistung, der normalen Spannung oder des normalen Stromes kleiner als 40% den zweiten Converter stillsetzen und damit die gesamte Strom­ versorgung abgeschaltet wird.

Die erfindungsgemäße Dimmerschaltung hat auch wesentliche Vorteile in der räumlichen Zuordnung. Die zweite Converterschal­ tung kann z. B. mit dem elektronischen Vorschaltgerät zu einer Ein­ heit integriert werden.

Aber auch eine komplette Integration der zweiten Converter­ schaltung mit dem elektronischen Vorschaltgerät, welches fest oder lösbar mit der Gasentladungslampe zu einer Kompaktlampe verbunden wird, bringt besondere Vorteile.

Dabei ist erfindungsgemäß die Anordnung von handbetätigten Mitteln zur Beeinflussung der Ausgangsspannung und damit der Hel­ ligkeit in einfacher Weise möglich.

Bezüglich der Bedienung kommt neben Handbeeinflussung der zweiten Converterschaltung auch eine Steuerschaltung, z. B. mit Tastsensoren, in Betracht, welche erfindungsgemäß die Größe der Ausgangsspannung zyklisch oder vorprogrammiert beeinflußt, so daß man damit mechanisch bewegte Teile überhaupt vermeiden kann.

Eine andere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, die Beein­ flussung der zweiten Converterschaltung durch Steuerimpulse zu er­ reichen, welche durch kurzzeitige Unterbrechung der Netzspannung ausgelöst werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Dimmerschal­ tung für eine Gasentladungslampe (3), welche als elektronisches Vorschaltgerät einen Converter (1) aufweist, der aus der zugeführ­ ten Spannung U₁ über einen Gleichrichter (20) und Schalttransisto­ ren (5) eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, welche über Verbindungsleitungen (23) den beheizten Elektroden (19) der Gasentladungslampe (3) zugeführt wird. Diese Bauteile können zu einer Einheit als Kompaktlampe (16) zusammengefaßt werden.

Eine solche Schaltung eignet sich nicht ohne weiteres dazu, um z. B. durch eine sonst übliche Phasenanschnittsteuerung, die Helligkeit der Lampe zu regeln.

Erfindungsgemäß wird nun einer solchen Kompaktlampe (16) eine zweite Converterschaltung (2) vorgeschaltet, welche außer dem Gleichrichter (20) und den Schalttransistoren (5) am Ausgang einen Gleichrichter (21) aufweist, so daß dem Converter (1) eine Gleich­ spannung zugeführt wird, welche die Funktion des Converters (1) nicht beeinträchtigt. Der im Converter (2) enthaltene, von Hand zu betätigende Regler (17) gestattet es, die Größe der Ausgangsspan­ nung U₁ und damit die Helligkeit der Gasentladungslampe (3) zu verändern.

Um die häufig vorkommende Aufgabe, Spannungen zu regeln, zu stabilisieren oder von Oberwellen zu befreien (Power Factor Correction), zu erfüllen, gibt es auf dem Markt eine ganze Reihe von integrierten Schaltungen (6), welche den Aufbau eines derarti­ gen geregelten Converters (2) erleichtern (z. B. Siemens TDA 48xx).

Für die erfindungsgemäße Funktion des Dimmers ist es unerheb­ lich, ob der Regler (17) im Converter (2) integriert oder als ex­ ternes fernbedienbares Schaltmittel (14) angeordnet ist.

Der Anordnung von Schaltmitteln zur Oberwellenreduzierung ("Power Factor Correction") in der integrierten Schaltung (6) kommt für die Erfindung besondere Bedeutung zu, da Kompaktlampen mit elektronischem Vorschaltgerät üblicherweise einen Leistungs­ faktor von nur 0,50 bis 0,60 aufweisen. Die dadurch bedingten Ver­ luste sind bei der großen Anzahl solcher Lampen ein gravierender Nachteil für die Stromversorgungsunternehmen. In einigen Ländern, z. B. Australien, dürfen Kompaktlampen ohne "Power Factor Correc­ tion" nicht mehr verkauft werden.

Ein erfindungsgemäßer Dimmer, der eine "Power Factor Correc­ tion" enthält, löst dieses Problem vollständig, da auch jede Kom­ paktlampe mit schlechtem "Power Factor" das Netz nicht mehr unzu­ lässig belastet.

Die integrierte Schaltung (6) ermöglicht auch eine fast ideale Stabilisierung der jeweiligen Ausgangsspannung U₁. Dieses Problem ist vor allem in Entwicklungsländern mit stark schwanken­ den Netzspannungen von größter Bedeutung.

Die Fig. 6 bis 11 zeigen schematisch Beispiele, in welch einfacher Weise alle denkbaren Regelprobleme gelöst werden können.

Fig. 6 zeigt zunächst den schematischen Aufbau des Dimmers, wobei nur die für den Regelvorgang wichtigen Teile dargestellt sind. Im übrigen sind in den Fig. 1 bis 11 gleiche Teile gleich bezeichnet.

Die Netzspannung U₂ wird zunächst über eine in Fig. 6 nicht dargestellte Gleichrichterschaltung (20) gleichgerichtet und über die Klemme (7) und die Drossel (28) dem Schalttransistor (5) zuge­ führt, so daß eine hochfrequente Spannung mit einer Frequenz höher als etwa 20 kHz entsteht. Diese Spannung wird von dem Gleichrich­ ter (21) als Ausgangsspannung U₁ dem Converter (1) zugeführt. Mit dem handbetätigten Regler (17) wird eine veränderliche Regelspan­ nung der integrierten Schaltung (6) zugeführt, welche die Größe der Ausgangsspannung U₁ wunschgemäß verändert.

Der Regelbereich des handbetätigten Reglers (17) kann durch Anpassungswiderstände (29) allen Erfordernissen angepaßt werden.

An den Klemmen (9)-(9) erfolgt eine stromabhängige Steuerung der Spannung, die schließlich an den Ausgangsklemmen (8) und (10) an den Converter (1) weitergegeben wird. Der Shunt (36) liefert die erforderlichen Steuerungssignale.

Anstelle einer Handverstellung kann auch ein Tastsensor (18) vorgesehen werden, der in bekannter Art über die integrierte Schaltung (6) die Ausgangsspannung U₁ zyklisch oder programmiert regelt. Alle sonst bekannten Schaltungen mit einer oder mehreren Tasten oder Tastsensoren sind gleichwertig erfindungsgemäß anwendbar.

Fig. 7 zeigt im Prinzip die gleiche Schaltung, aber ergänzt durch lichtabhängige Schaltmittel (11), die z. B. bei einfallendem Licht die Ausgangsspannung an den Klemmen (8) und (10) reduzieren und umgekehrt bei einem geringeren Lichteinfall dem Converter (1) eine höhere Spannung zuführen, was eine größere Helligkeit der Leuchtstofflampe (3) zur Folge hat.

Mit einer Schaltung gemäß Fig. 7 kann man z. B. die Helligkeit der Gasentladungslampe (3) in Abhängigkeit des Umgebungslichtes steuern oder im Extremfall die Gasentladungslampe (3) bei einbre­ chender Dunkelheit einschalten. Der handbetätigte Regler (17) kann in einem solchen Fall entfallen oder er gestattet es, eine be­ stimmte Helligkeit vorzuwählen.

In Fig. 8 ist eine Schaltung angegeben, die verhindern kann, daß bei zu starkem Dimmen die Gasentladungslampe verlöscht, aber dennoch ein dauernder Reststrom bestehen bleibt.

Zu diesem Zweck ist an den Klemmen (4) ein Stromdetektor (30) angeschaltet, der in der integrierten Schaltung (6) den Stromfluß sperrt, sobald er eine bestimmte Grenze unterschreitet. Erst beim Höherdrehen des Reglers (17), sobald ein bestimmter Schwellwert überschritten ist, gibt die integrierte Schaltung (6) den Strom­ fluß für eine erneute Zündung wieder frei. Eine ähnliche Funktion ist in Fig. 11 dargestellt, wobei in diesem schematischen Beispiel die Information an die Klemmen (4) der integrierten Schaltung von einem Stromwandler (35) gegeben wird. Dieser Stromwandler (35) kann an und für sich an einer beliebigen Stelle des Stromflusses eingeschaltet werden, also auch z. B. - wie dargestellt - im Con­ verter (1).

Eine weitere Schutzfunktion ist in Fig. 9 dargestellt. In diesem Falle ist in Reihe mit dem handbetätigten Regler (17) eine Transi­ storschaltung (31) angeordnet, welche über einen Verstärker (32) mit einem Zeitkreis, bestehend aus dem Widerstand (34) und dem Kondensator (33), verbunden ist. Mit einer solchen Schaltung kann erreicht werden, daß zunächst beim Einschalten die Dimmerwirkung des handeingestellten Schalters (17) unwirksam gemacht wird und erst mit einer gewissen Zeitverzögerung, d. h. nach dem Schalten der Transistorschaltung (31), auf den vorher eingestellten Hellig­ keitswert gedimmt wird.

Die Schaltung hat den Zweck zu vermeiden, daß bei zu niedri­ ger Einstellung der gedimmten Spannung keine Zündung der Gasentla­ dungslampe (3) erfolgt, weil dem Converter (1) eine zu niedrige Spannung zugeführt würde.

Fig. 10 zeigt, wie man mit ähnlichen Mitteln den gleichen Zweck erfüllen kann, nämlich indem anstelle des Zeitkreises, be­ stehend aus Widerstand (34) und Kondensator (33), ein lichtabhän­ giges Element (11) prüft, ob die Gasentladungslampe (3) tatsäch­ lich gezündet hat. Erst nach erfolgter Zündung gibt diese Schal­ tung die Transistorschaltung (31) frei, und es wird auf den vor­ eingestellten Dimmwert entsprechend der Stellung des Reglers (17) gedimmt. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß sie ähnliche Funk­ tionen, wie in Fig. 8 oder Fig. 11 dargestellt, übernehmen kann, da bei Verlöschen der Gasentladungslampe ebenfalls die Tran­ sistorschaltung (31) gesperrt wird.

Es wird besonders darauf hingewiesen, daß alle schematisch dargestellten Funktionen nur dem besseren Verständnis des Erfin­ dungsgedankens dienen, aber die in den Patentansprüchen genannten Funktionen auch mit ähnlichen äquivalenten Elektronikschaltungen bekannter Art gelöst werden können. Auch ist es möglich, die ein­ zelnen Funktionen zu kombinieren, so daß z. B. sowohl lichtabhän­ gige Elemente als auch temperaturabhängige Elemente vorgesehen werden können, die z. B. bei tiefen Temperaturen automatisch die Betriebsspannung der Gasentladungslampe erhöhen. Dieser Umstand ist besonders wichtig, da die Helligkeit und die Funktions­ tüchtigkeit von Gasentladungslampen bei tiefen Temperaturen be­ trächtlich in Mitleidenschaft gezogen werden.

Erfindungsgemäß ist es möglich, eine derartige Dimmerschal­ tung verschiedenartig aufzubauen und auszubilden.

Fig. 2 zeigt z. B. eine Gasentladungslampe (3), welche in eine Fassung (24) eingesetzt ist und Verbindungsleitungen (23) zu einem Vorschaltgerät führen, das einen Converter (1) integriert mit einem Converter (2) aufweist, wobei am Converter (2) die Netzlei­ tungen (22) angeschlossen sind.

Fig. 3 zeigt eine weitere Integration, indem Converter (1), Converter (2) und eine Fassung (24) zu einem Bauteil verbunden sind, in welches der Lampensockel (27) der Gasentladungslampe (3) eingesteckt werden kann. Diese Einheit wird ebenfalls direkt mit der Netzleitung (22) versehen.

Fig. 4 zeigt eine andere Kombination, bei der in Art der be­ kannten Kompaktlampen die Leuchtstofflampe (3) mit dem Converter (1) integriert ist und in eine Fassung (24) eingesetzt wird. In diesem Beispiel ist der Converter (2) als getrenntes Vorschaltge­ rät dargestellt, welches über eine Verbindungsleitung (12) mit der Fassung (24) verbunden ist und ebenfalls über die Netzleitungen (22) mit Strom versorgt wird. Diese Anordnung entspricht z. B. dem Einbau des Dimmers in einer Unterputz-Schalterdose.

Schließlich ist es möglich, auch Converter (1) und (2) mit Gasentladungslampen (3) zu integrieren und in eine Fassung (24) einzusetzen, welche direkt mit dem Netz über die Netzleitung (22) verbunden ist. In einem solchen Fall könnte beispielsweise die handbetätigte Regelung über eine Reglerachse (26) mit Reglergriff (25) erfolgen, eine neue Lösung, die insbesondere für Schreib­ tisch- oder Nachttischlampen zu begrüßen ist.

Auch diese Darstellungen Fig. 2 bis Fig. 5 sind nur als sche­ matische Hinweise zu verstehen und sind keineswegs beschränkend für die Konstruktion solcher Bauelemente aufzufassen.

Eine besondere Eigenschaft der Schaltung besteht darin, daß sie kurzschlußfest ist.

Claims (14)

1. Dimmerschaltung für Gasentladungslampen, deren elektronisches Vorschaltgerät mit einem Converter (1) ausgestattet ist, wel­ cher die Eingangsspannung U₁ mittels Schalttransistoren (5) zunächst in eine hochfrequente Wechselspannung umformt, die mittelbar oder unmittelbar der Gasentladungslampe (3) zuge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Converterschaltung (2) vorgeschaltet ist, welche die Eingangsspannung U₂ in eine hochfrequente Wechselspannung umformt und nach Gleichrichtung dem ersten Converter (1) zu­ führt und die vorgeschaltete zweite Converterschaltung (2) Schaltmittel (14) enthält, welche von Hand oder fernbedient die Größe der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Conver­ ters (2), die dem ersten Converter (1) zugeführt wird, beein­ flussen.

2. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Converterschaltung (2) Schaltmittel (6) zur Oberwellenreduzierung ("Power Factor Correction") enthält.

3. Dimmerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Converterschaltung Schaltmittel z. B. in einer integrierten Schaltung (6) zur Stabilisierung der jeweiligen Ausgangsspannung enthält.

4. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Converterschal­ tung (2) Schaltmittel enthält, welche nach dem Einschalten dem ersten Converter (1) zunächst eine Spannung U₁ zuführen, die für ein zuverlässiges Zünden der Gasentladungslampe (3) ausreicht und dann zeitverzögert nach einer vorgegebenen Zünddauer auf die jeweils eingestellte Dimmung regeln.

5. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Converterschal­ tung (2) lichtabhängige Schaltmittel (11) enthält, welche nach dem Einschalten dem ersten Converter (1) zunächst eine Spannung U₁ zuführen, die für ein zuverlässiges Zünden der Gasentladungslampe (3) ausreicht und die nach dem Zünden auf die jeweils eingestellte Dimmung regeln.

6. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Converterschaltung (2) temperatur- und/oder lichtabhängige Schaltmittel (11) enthält, welche die Größe der Ausgangsspannung U₁ und/oder der Zünddauer beeinflussen.

7. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Converter (2) zumindest eine Transistorschaltung (31) mit lichtempfindlichen Schaltmitteln (12) enthält, die beim Dimmen, sobald die Gasentladungslampe (3) verlischt, den zweiten Converter (2) und damit die gesamte Stromversorgung abschalten.

8. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Converter (2) Schaltmittel z. B. in der integrier­ ten Schaltung (6) enthält, die bei einer vorbestimmten Dim­ mung (z. B. kleiner 40% der Nennleistung, der normalen Span­ nung oder des normalen Stromes) den zweiten Converter (2) und damit die gesamte Stromversorgung abschalten.

9. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Converterschaltung (2) räumlich von der Kompakt­ lampe (16) getrennt ist.

10. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Converterschaltung (2) mit der Kompaktlampe (16) zu einer Einheit (15) integriert ist.

11. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Converterschaltung (2) mit der ersten Converter­ schaltung (1) integriert und mit einer Gasentladungslampe (3) als dimmbare Kompaktlampe (15) fest oder lösbar verbunden ist.

12. Dimmerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der dimmbaren Kompaktlampe (15) von Hand zu betätigende Mittel (25) zur Beeinflussung der Aus­ gangsspannung U₁ der zweiten Converterschaltung (2) angeord­ net sind.

13. Dimmerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fernbedienung in der zweiten Converterschaltung (2) eine Steuerschaltung z. B. in der integrierten Schaltung (6) mit Tastsensor (18) vorhanden ist, welche die Größe der Ausgangs­ spannung U₁ zyklisch oder programmiert beeinflußt.

14. Dimmerschaltung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Steuerimpulse kurzzeitige Unterbrechungen der Netzspannung dienen, welche die Größe der Ausgangsspannung U₁ zyklisch oder programmiert beeinflussen.