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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Anschalten von Licht, und insbesondere
auf eine Vorrichtung vom Typ mit Inverter und eine Beleuchtungsvorrichtung
vom Typ mit Inverter.
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In letzter Zeit war die Verwendung
einer Beleuchtungsvorrichtung mit Inverter weit verbreitet, die die
aus der kommerziellen Wechselspannung erzeugte Gleichspannung für die Verwendung
in einer Entladungsröhre
in eine hochfrequente Wechselspannung umwandelt. Die Entladungsröhre dieser Beleuchtungsvorrichtung
kann eine Standardfluoreszenzlampe mit einem Heizfaden oder eine
elektrodenlose Fluoreszenzlampe ohne Heizfaden sein, in der ein
Plasma durch magnetische Kräfte
gezündet wird,
die von einer Starterspule erzeugt werden. Es ist bekannt, dass
dieser Typ von Beleuchtungsvorrichtungen mit Inverter über eine
Funktion zur Regulierung des Lichts verfügt. Zum Beispiel ändert die Schaltung
zum Anschalten von Licht, die in JP-A-8-37092 veröffentlicht
ist, die Frequenz der Wechselspannung, die zur Einstellung der Helligkeit an
den Resonanzkreis geliefert wird, um die Stärke des Stroms zu ändern, der
in die Entladungsröhre fließt.
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Die oben beschriebene herkömmliche
Vorrichtung zum Anschalten von Licht verwendet einen frequenzvariablen
Schwingkreis, der eine Rechteckwelle einer gewünschten Frequenz erzeugt, um
die Frequenz des Stromes zu ändern,
der an den Resonanzkreis geliefert wird. Dieser zusätzliche
Schaltkreis erhöht
die Anzahl der Teile und die Kosten. Außerdem erfordert das Ändern der
Frequenz zum Ändern
der Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung, dass der Benutzer die
Vorrichtung zum Anschalten von Licht in der Beleuchtungsvorrichtung
bedient. Deshalb kann die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung
nicht fernbedient eingestellt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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EP 0 488 478 A2 veröffentlicht eine Invertervorrichtung,
in der eine pulsierende Wechselspannung von einem Kondensator geglättet und
von dort an einen Inverter geliefert wird. Von der pulsierenden Gleichstromversorgung
durch ein Impedanzelement zu einem Schalter des Inverters und zu
einem Teil des Schwingers wird ein Eingangsstrompfad gebildet.
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US
4,553,070 veröffentlicht
eine elektrische Last für
eine Entladungslampe. Der Schaltkreis umfasst einen Brückengleichrichter
für eine
Wechselspannung, einen Glättungskondensator
und einen geschalteten Brückenoszillator
zur Versorgung einer Entladungslampe mit Wechselspannung.
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JP
08096982 veröffentlicht
ein Beleuchtungssystem zur Verbesserung des Leistungsfaktors. Gleichzeitig
mit dem Schließen
einer Wechselstromquelle wird ein Kondensator in einem bestimmten Schaltkreis
geladen. Danach wird der selbe Kondensator in einem anderen Schaltkreis
geladen.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum
Anschalten von Licht zur Verfügung
zu stellen, die verbesserte Eigenschaften ihrer Steuerung und einen
verbesserten Leistungsfaktor hat.
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Dieses Ziel wird in Übereinstimmung
mit den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht. Abhängige Ansprüche zielen auf bevorzugte Ausführungen
der Erfindung ab.
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Eine Vorrichtung zum Anschalten von
Licht umfasst eine Gleichspannungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen
einer Gleichspannung aus einer gedimmten kommerziellen Wechselspannung,
und einer ersten Schalteinrichtung zum Schalten des erzeugten Gleichstroms
und zum Zuführen
eines Hochfrequenzstroms zu einer Entladungsröhre über eine erste Resonanzschaltkreiseinrichtung,
die einen Kondensator aufweist, der parallel zur zu zündenden Entladungsröhre geschaltet
ist und dessen Resonanzfrequenz entsprechend einer äquivalenten
Impedanz der Entladungsröhre
bestimmt ist, wobei die Gleichspannungerzeugungseinrichtung einen
Dimmer zum Einstellen der Höhe
der Gleichspannung aufweist und wobei das Schalten der Schalteinrichtung
von einer Phase des Resonanzstroms gesteuert wird, der durch die
erste Resonanzschaltkreiseinrichtung fließt.
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Wenn die Gleichspannung, die der
ersten Schalteinrichtung zugeführt
wird, geändert
wird, um die Amplitude der hochfrequenten Wechselspannung in der
Vorrichtung zum Anschalten zu ändern, ändert sich
auch die Stärke
des Stroms, der durch die Entladungsröhre fließt. Weil die Entladungsröhre eine
negative Widerstandscharakteristik hat, ändert sich auch die äquivalente
Impedanz der Entladungsröhre. Deshalb ändert sich
dementsprechend die Resonanzfrequenz des ersten Resonanzkreises,
die Schaltfrequenz der ersten Schalteinrichtung ändert sich und die Frequenz
des Wechselstroms, der durch den ersten Resonanzkreis fließt, ändert sich.
Wenn sich die Frequenz des Wechselstrom des ändert, ändert sich die Impedanz des
Kondensators parallel zur Entladungsröhre, das Verhältnis zwischen
dem Strom, der durch die Entladungsröhre fließt und dem Strom, der durch
den Kondensator fließt, ändert sich, und
die Helligkeit der Entladungsröhre ändert sich. Das
heißt,
einfaches Ändern
der Gleichspannung, mit der die erste Schalteinrichtung versorgt
wird, ändert
automatisch die Frequenz des Hochfrequenzstromes, der an den Resonanzkreis
und die Entladungsröhre
geliefert wird, was den Stromfluss durch die Entladungsröhre ändert, und
folglich die Helligkeit ändert.
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Deshalb wird ein zusätzlicher
Oszillator, der die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung definiert und
der in der herkömmlichen
Vorrichtung erforderlich ist, nicht mehr benötigt.
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Die erste Schalteinrichtung umfasst
zwei Schaltelemente, die abwechselnd leiten oder nicht leiten, wenn
ein Steuerungssignal angelegt wird, das aus dem Resonanzstrom erzeugt
wird, der durch die erste Resonanzschaltkreiseinrichtung fließt, wobei die
Elemente in Reihe geschaltet sind; und eine Einrichtung zum Ändern einer
Phase des Steuerungssignals. Die Steuerung der Zeit, während der
die Schaltelemente leiten, verhindert, dass sie durch das Laden
und Entladen der parasitären
Kapazitäten
aufgeheizt werden.
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Die Gleichspannungserzeugungseinrichtung umfasst
einen ersten Kondensator, dem Strom mit kommerzieller Wechselspannung
zugeführt
wird, um die Gleichspannung zu erzeugen; und eine zweite Schalteinrichtung
zur Versorgung einer zweiten Resonanzschaltkreiseinrichtung mit
Strom aus dem kommerziellen Wechselspannungsnetz, der über eine
Lampenstromleitung zugeführt
wird, und um eine im zweiten Resonanzkreis angesammelte Ladung auf
den ersten Kondensator zu übertragen,
wobei die zweite Schalteinrichtung und die erste Schalteinrichtung
die gleichen sind. Diese Anordnung ermöglicht, dass die an die Schalteinrichtung
gelieferte Gleichspannung verstärkt
wird.
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Die oben genannten Ziele werden von
einer Vorrichtung zum Anschalten von Licht mit einer Kommunikationsfunktion
erreicht, die einen Inverter umfasst, der einen Hochfrequenzstrom
aus einer kommerziellen Wechselspannung erzeugt, und der den Strom
an eine zu zündende
Entladungsröhre
liefert; und eine Kommunikationsschnittstelle, die mit externen
Einheiten über
die Lampenstromleitung kommuniziert, wobei der Inverter eine Gleichspannungserzeugungseinrichtung
zur Erzeugung einer Gleichspannung aus der über die Lampenstromleitung
zugeführten
kommerziellen Wechselspannung umfasst, eine Schalteinrichtung zum
Schalten der erzeugten Gleichspannung zur Versorgung der Entladungsröhre mit
Hochfrequenzstrom über
einen Resonanzkreis, der einen Kondensator enthält, der mit der Entladungsröhre parallel
geschaltet ist; und eine Treiberschaltkreiseinrichtung zur Steuerung
des Schaltens der Schalteinrichtung auf Basis von einem Signal,
das von externen Quellen geliefert wird, und wobei die Kommunikationsschnittstelle
eine Filtereinrichtung umfasst, die aus der kommerziellen Wechselspannung
ein Analogsignal ausfiltert, das die Informationen zur Beleuchtungssteuerung
enthält
und der kommerziellen Wechselspannung überlagert ist; eine Einrichtung
zur Erzeugung eines digitalen Steuersignals, das wenigstens eine
der Informationen über
Schaltungsbeginn, Schaltungsende und Schaltfrequenz basierend auf
Informationen von der Filtereinrichtung an die Treiberschaltkreiseinrichtung
sendet; und eine Beleuchtungssteuerungseinrichtung zum Senden des
digitalen Steuersignals an die Treiberschaltkreiseinrichtung.
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Das Senden eines Signals von externen
Einheiten an diese Vorrichtung zum Anschalten von Licht mit einer
Kommunikationsfunktion ermöglicht es,
die Frequenz der an die Entladungsröhre angelegten Wechselspannung
zu ändern,
und ermöglicht folglich,
die Helligkeit der Entladungsröhre
ferngesteuert einzustellen.
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Der Inverter umfasst außerdem einen
ersten Sensor, der Informationen über den Beleuchtungszustand
als ein digitales Beleuchtungszustandsignal erzeugt, und in dem
die Kommunikationsschnittstelle das digitale Beleuchtungszustandsignal,
das von dem ersten Sensor empfangen wird, in ein Analogsignal umwandelt,
und dieses Signal der kommerziellen Wechselspannung zur Übertragung
an externe Einheiten über
die Lampenstromleitung überlagert. Zusätzlich umfasst
der Inverter einen zweiten Sensor, der das Vorhandensein und einen
Status der ablaufenden Lebensdauer der Entladungsröhre erfasst, und
in dem die Kommunikationsschnittstelle das digitale Beleuchtungszustandsignal
in ein Analogsignal wandelt, das die Informationen enthält, die
von dem ersten und dem zweiten Sensor erfasst wurden, das Signal
der kommerziellen Wechselspannung überlagert und das Signal über die
Lampenstromleitung an externe Einheiten überträgt. Dies macht die Verwaltung
und Wartung der Beleuchtungsvorrichtung effizienter.
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Die Beleuchtungssteuerungseinrichtung
umfasst außerdem
eine Speichereinrichtung zum Speichern eines Schemas für die Steuerung
der Entladungsröhre,
durch das die Entladungsröhre
nach dem Beginn des Leuchtens für
eine vorher festgelegte Zeit mit einem maximalen Lichtstrom und
nach der vorher festgelegten Zeit mit einem Lichtstrom leuchtet,
der kleiner als der maximale Lichtstrom ist. Dies ermöglicht dem
Benutzer eine effektivere Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung
und verringert den Stromverbrauch.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist
ein Blockdiagramm einer ersten Ausführung einer Vorrichtung zum
Anschalten von Licht nach der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Diagramm, das die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Diagramm, das die Arbeitsweise der Leitphasenwinkelsteuerung
eines Dimmers zeigt.
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4 ist
ein Diagramm, das den Verlauf der Kurven zeigt, die die Beziehung
zwischen der Ausgangsspannung des Dimmers einer herkömmlichen Vorrichtung
zum Anschalten von Licht und die an den Inverter gelieferte Gleichspannung
darstellen.
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5 ist
ein Schaltplan, der die Vorrichtung zum Anschalten von Licht in
der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist
ein Diagramm von Kurvenverläufen,
das die Spannung und den Strom des Schaltkreises zeigt, der in 5 gezeigt ist.
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7 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Leitphasenwinkel eines
Dimmers und der Gleichspannung zeigt, mit der der Inverter versorgt
wird, wenn ein aktiver Wandler und wenn kein aktiver Wandler verwendet
wird.
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8 ist
ein Schaltplan, der eine Vorrichtung zum Anschalten von Licht in
einer zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Leitphasenwinkel des
Dimmers, der an den Inverter angelegten Gleichspannung und der Leistung
der Vorrichtung zum Anschalten von Licht zeigt, die in 8 gezeigt ist.
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10 ist
ein Diagramm, dass die Beziehung zwischen der Leistung der Helligkeit
der Lampe der Vorrichtung zum Anschalten von Licht zeigt, die in 8 gezeigt ist.
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11 ist
ein Diagramm einer Anordnung, das ein Beleuchtungssystem mit einer
Beleuchtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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12 ist
ein Diagramm eines Kurvenverläufs,
das ein Beleuchtungssteuersignal zeigt, das der kommerziellen Wechselspannung überlagert
ist.
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13 ist
ein Schaltplan, der eine erste Ausführung der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht mit einer Kommunikationsfunktionen nach der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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14 ist
ein Schaltplan eines Filterschaltkreises, der in der Vorrichtung
zum Anschalten von Licht verwendet wird, die in 13 gezeigt ist.
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15 ist
ein Schaltplan, der eine zweite Ausführung der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht mit der Kommunikationsfunktionen nach der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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16 ist
ein Schaltplan, der die Details eines Gatetreiberschaltkreises der
Vorrichtung zum Anschalten von Licht zeigt, die in 15 gezeigt ist.
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17 ist
ein Schaltplan, der eine dritte Ausführung der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht mit der Kommunikationsfunktion nach der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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18 zeigt
einen Schaltplan des Leistungsschaltkreises der Vorrichtung zum
Anschalten von Licht, in 17 gezeigt
ist
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19 ist
ein Schaltplan, der eine Abwandlung des Leistungsschaltkreises der
Vorrichtung zum Anschalten von Licht zeigt, die in 17 gezeigt ist.
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20 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Schemas für die Beleuchtungssteuerung
der Vorrichtung zum Einschalten von Licht mit der Kommunikationsfunktionen
nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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21 ist
ein Schaltplan, der eine vierte Ausführung der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht mit der Kommunikationsfunktion nach der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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2 ist
ein Blockdiagramm, das die Arbeitsweise einer Vorrichtung zum Anschalten
von Licht nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Entladungsröhre 1 kann
eine Standardfluoreszenzlampe mit einem Draht sein oder eine Beleuchtungslampe,
wie etwa eine elektrodenlose Fluoreszenzlampe ohne einem Draht,
in der ein Plasma mittels magnetischer Kräften erzeugt wird, die von
einer Starterspule erzeugt werden. Eine Steuereinheit 6 überlagert
das Steuersignal zur Einstellung der Helligkeit dem kommerziellen
Wechselstrom. Auf die Detektion des Steuersignals hin sendet die
Schalteinrichtung 2 an den Inverter 5 eine Gleichspannung,
die auf das Steuersignal reagiert, oder das Signal zur Steuerung
der Entladungslampe 1.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführung der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Der kommerzielle
Wechselstrom, der von einem Dimmer 7, der eine Steuereinheit
darstellt, durch Phasenanschnitt gesteuert wird, wird nur während der
Zeitdauer durchgelassen, die dem Leitphasenwinkel entspricht, der
in 3 durch den Pfeil
angezeigt ist. Der Kurvenverlauf, der durch die gestrichelte Linie angezeigt
ist, ist die kommerzielle Leistungswechselspannung, die an dem Dimmer 7 anliegt.
In 1 wird die Spannung,
die vom Dimmer 7 geliefert wird, von einem Gleichrichter 3 gleichgerichtet.
Die gleichgerichtete Spannung wird dann mit einem aktiven Wandler 4,
der als Schalteinrichtung arbeitet, in eine Spannung gewandelt,
die auf den Leitphasenwinkel reagiert, der in 3 gezeigt ist. Die Spannung, die an den
Inverter 5 angelegt wird, ist eine Gleichspannung, die
von dem Wandler 4 geliefert wird. Der Wandler 5 wandelt
diese Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung und legt
diese an die Entladungsröhre 1 an,
um sie zu zünden.
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Weil der herkömmliche Schaltkreis vom Invertertyp
zum Anschalten von Licht die kommerzielle Leistungswechselspannung
mit einen Gleichrichter 3 gleichrichtet, um die Gleichspannung
mit einem Kondensator zu erzeugen, der die pulsierende Spannung glättet, arbeitet
dieser als kapazitive Impedanz für den
Dimmer 7. Folglich fließt unmittelbar nach dem Einschalten
des Triacs des Dimmers 7 plötzlich eine Stromspitze aus
dem Wechselstromnetz, was eine Fehlfunktion des Dimmers 7 verursacht. 4 zeigt den Kurvenverlauf
der Spannung, die ein Dimmer in einer herkömmlichen Vorrichtung zum Anschalten von
Licht liefert, den Eingangsstrom aus der Netzwechselspannung und
die Gleichspannung. Wenn die Gleichspannung unter die Ausgangsspannung des
Dimmers 7 absinkt, fließt die Stromspitze aus dem
Netz. Weil der Dimmer 7 nicht richtig arbeitet, ist das
Problem, dass die von dem Dimmer gelieferte Spannung nicht phasenanschnittgesteuert
ist.
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Andererseits beinhaltet die Vorrichtung
zum Anschalten von Licht mit der in 1 gezeigten
Anordnung den aktiven Wandler 4, sodass der Schaltkreis
zum Anschalten von Licht nicht als kapazitive Impedanz für den Dimmer 7 wirkt.
Diese Anordnung ermöglicht,
dass ein Eingangsstroms mit einem ähnlichen Kurvenverlauf wie
die Ausgangsspannung des Dimmers 7 fließt. Folglich stellt die Anordnung
eine resistive Last dar, wie etwa die einer Glühlampe. Gleichzeitig beseitigt
die Anordnung die Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem
Strom und steigert den Leistungsfaktor.
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5 ist
ein Schaltplan, der die erste Ausführung der vorliegende Erfindung
zeigt. Unter Bezugnahme auf 5 wird
die Spannung, die man durch das Gleichrichten der Netzspannung mit
dem Gleichrichter 3 erhält,
der aus Diodenbrücken
besteht, von einem aktiven Wandler vom Resonanztyp 4 über einen
Tiefpassfilter, der sich aus den induktiven Bauelementen L2 und
L3 und einem Kondensator C4 zusammensetzt, in eine Gleichspannung
gewandelt. Die Spannung wird vom Inverter 5 in eine hochfrequente
Spannung gewandelt und an die Entladungsröhre 1 zum Hochfrequenzzünden geliefert.
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Der aktive Wandler 4 und
der Inverter 5 teilen sich zwei nicht komplementäre Leistungshalbleiter-Schaltelemente
Q1 und Q2. Die Schaltelemente Q1 und Q2 sind jeweils n-Kanal Leistungs-MOSFETs,
die einen Drainanschluss zur Aufnahme des Stroms haben, einen Sourceanschluss,
aus dem der elektrische Strom fließt, und einen Gateanschluss, an
den die Steuerungsspannung angelegt wird. Das Anlegen oder Wegnehmen
der Steuerungsspannung an den Gateanschluss bewirkt, dass der elektrische Strom
zwischen Drain und Source fließt
beziehungsweise nicht fließt.
Jeder der MOSFETs, zu dem eine Diode parallel vom Sourceanschluss
zum Gateanschluss angeordnet ist, ermöglicht einen Stromfluss in
beide Richtungen. In der Beschreibung unten wird die in Q1 enthaltene
Diode QD1 genannt, und die in Q2 enthaltene Diode wird QD2 genannt.
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In dem aktiven Wandler 4 sind
die Dioden D1 und D2 in Reihe in Durchlassrichtung zwischen der Verbindung
zwischen dem aktiven Bauelement L2 und den Kondensator C4 des Tiefpassfilters
an der Seite des hohen Potenzials des Glättungskondensators angeschlossen.
Außerdem
ist ein Resonanzkreis, der aus einem Kondensator C2 und einem induktiven
Bauelement L1 in Reihenschaltung besteht, zwischen der Verbindung
zwischen D1 und D2 und der Verbindung zwischen Q1 und Q2 angeschlossen, die
in Halbbrückenstruktur
verbunden sind.
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Im Inverter 5 liegen die
Schaltelemente Q1 und Q2 zwischen dem positiven und dem negativen Anschluss
der Gleichspannung. Zwischen Drain und Source von Q2 ist eine Reihenresonanzschaltung angeschlossen,
die aus den induktiven Bauteilen L4 und LR und dem in Reihe geschalteten
Resonanzkondensator CR besteht. Die Entladungsröhre 1 ist parallel
zu dem Kondensator CR angeschlossen. Die induktiven Bauelemente
L5 und L6 sind Rückkopplungswicklungen
zu dem induktiven Bauelement L4. Das induktive Bauelement L5, das
parallel zu Kondensator C5 vorgesehen ist, ist zwischen Gate und Source
des Schaltelementes Q1 angeschlossen, während das induktive Bauelement
L6, das parallel zu Kondensator C6 vorgesehen ist, zwischen dem Gate
Rand Source von dem Schaltelement Q angeschlossen ist.
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Die Schaltelemente Q1 und Q2 koppeln
den Hochfrequenzstrom, der durch das induktive Bauelement L4 fließt, unter
Verwendung induktiven Bauelemente L5 und L6 für Eigenschwingungen zurück. Das induktive
Bauelement L4 kann auch als induktives Bauteil für die Resonanz mitbenutzt werden.
Die Schaltfrequenz des Inverters wird höher als die Resonanzfrequenz
eingestellt, die von den induktiven Resonanzbauteilen LR und dem
Resonanzkondensator CR des Inverters 5 bestimmt werden.
Das heißt,
dass die Schaltfrequenz höher
die Resonanzfrequenz eingestellt ist, sodass die Phase des Resonanzstroms
der Ausgangsspannung des Inverters nachläuft.
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Wenn sich die Schaltfrequenz der
Resonanzfequenz nähert,
sinkt die Impedanz des Resonanzkreises, um so eine hohe Spannung
zu liefern, die für
das Weiterleuchten der Entladungsröhre erforderlich ist. Ein Eigenschwingungsinverter
wie dieser kann jedoch die Schaltfrequenz nicht frei ändern. Deshalb
wird in dieser Ausführung
die Amplitude der Gleichspannung, mit der der Inverter versorgt
wird, variiert, um die Leistung der Entladungsröhre zu steuern und die Helligkeit
der Entladungsröhre
zu ändern.
Wenn zum Beispiel die Gleichspannung sinkt, sinkt der Resonanzstrom
und deshalb sinkt der Strom, der durch die Entladungsröhre fließt. Weil
die Entladungsröhre
eine negative Widerstandscharakteristik hat, steigt der äquivalente
Widerstand der Entladungsröhre,
wenn der Strom sinkt. Weil die Entladungsröhre parallel zu dem Resonanzkondensator angeschlossen
ist, steigt die Resonanzfrequenz, wenn der Widerstand der Entladungsröhre steigt. Deshalb
wird die Schaltfrequenz des Eigenschwingungsinverters automatisch
erhöht.
Dies verringert die Impedanz des Resonanzkondensators und erhöht den äquivalenten
Widerstand der Entladungsröhre, ändert das
Verhältnis
zwischen den Strömen, die
durch sie fließen
und ändert
die Leistung der Entladungsröhre.
Das heißt,
dass eine Änderung
der Gleichspannung des Inverters automatisch die Schaltfrequenz ändert, was
es ermöglicht,
die Leistung der Entladungsröhre
zu steuern. Als Nächstes wird
der aktive Wandler beschrieben, der die Gleichspannung entsprechend
dem Leitphasenwinkel des Dimmers steuert.
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Abwechselndes Ein- und Ausschalten
der Schaltelemente Q1 und Q2 mit einer hohen Frequenz bewirkt, dass
der Strom, der vom Netz in das induktive Bauelement L1 und den Kondensator
C2 des aktiven Wandlers 4 fließt, die Spannung des Verbindungpunktes
zwischen den Dioden D1 und D2 ändert und
den Glättungskondensator
C1 lädt.
Weil der Eingangsstrom der Netzspannung entsprechend fließt, macht
das Abfließen
des hochfrequenten Stroms in den Tiefpassfilter, der als Reaktion
auf das Schalten fließt,
den Verlauf des Eingangsstroms dem der Ausgangsspannung des Dimmers 7 ähnlich,
wie in 6 gezeigt ist.
Die an den Inverter angelegte Gleichspannung hängt von der zusammengesetzten
Impedanz des induktiven Bauelementes L1 und dem Kondensator C2 des
aktiven Wandlers 4 ab. Deshalb ermöglicht das Verringern der Impedanz,
dass die Gleichspannung höher
als die Ausgangsspannung des Dimmers wird, wie in 6 gezeigt ist.
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Außerdem wird die Resonanzfrequenz,
die von dem induktiven Bauelement L1 und dem Kondensator C2 bestimmt
wird, niedriger eingestellt, als die Schaltfrequenz des Inverters,
sodass die Phase des Resonanzstroms, der durch den aktiven Wandler fließt, der
Phase der Ausgangsspannung des Inverters nachläuft. Der in den Kondensator
C1 gespeiste Strom ändert
sich entsprechend dem Leitphasenwinkel der Netzspannung, wenn er
von dem Dimmer 7 gesteuert wird. Deshalb ändert sich
auch die Gleichspannung und das Verhältnis zwischen dem Leitphasenwinkel
und der Gleichspannung verhält
sich wie in 7 gezeigt.
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Im Folgenden wird der Unterschied
in der Änderung
der Gleichspannung zwischen einem herkömmlichen Wandler und dem aktiven
Wandler beschrieben, der in dieser Ausführung benutzt wird. Wenn sich
z. B. der Phasenwinkel von 50° auf
150° ändert, ändert sich
die Gleichspannung des herkömmlichen
Wandlers trotz der Fehlfunktion des Dimmers um ΔVa von V1 auf V2. Andererseits ändert sich
die Gleichspannung des aktiven Wandlers um ΔVb von V3 auf V4. Die Gleichspannungen
V3 und V4 sind höher
als V1 beziehungsweise V2, und die Spannungsänderung ΔVb ist größer als ΔVa. Die Verwendung des aktiven
Wandlers verhindert die Fehlfunktion des Dimmers und erhöht außerdem die Gleichspannung über die
Netzspannung hinaus. In dieser Ausführung ändert im wesentlichen die Änderung
der Höhe
der Gleichspannung, mit der der Inverter 5 versorgt wird,
im wesentlichen die Ausgangsleistung der Entladungsröhre. Dies
ermöglicht,
dass sich die Helligkeit der Entladungsröhre im wesentlichen entsprechend
dem Leitphasenwinkel der Wechselspannung ändert.
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8 ist
ein Schaltplan einer zweiten Ausführung einer Vorrichtung zum
Anschalten von Licht nach der vorliegenden Erfindung. In 8 bezeichnen die gleichen
Bezugsnummern wie in 5 die gleichen
Komponenten, und ihre Beschreibung wird ausgelassen. In der zweiten
Ausführung
verwenden ein aktiver Wandler 4 und eine Inverter 5 zwei
komplementäre
Leistungshalbleiter-Schaltelemente Q1 und Q3 gemeinsam. Im Unterschied
zu denen in der ersten Ausführung
ist das Schaltelement Q1 ein n-Kanal Leistungs-MOSFET und das Schaltelement Q3
ein p-Kanal Leistungs-MOSFET. Sie sind komplementär. Eine
Rückkopplungsdiode
(im weiteren QD1 genannt) ist zwischen dem Sourceanschluss und dem
Drainanschluss von Q1 angeordnet. Eine Rückkopplungsdiode (im weiteren
QD3 genannt) ist zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss
von Q3 angeordnet. Die Sourceanschlüsse der Schalter Q1 und Q3
sind durch den gemeinsamen Verbindungspunkt S verbunden. Die Gateanschlüsse sind
durch den Verbindungspunkt G miteinander verbunden. Der Strom, der
zwischen Drain und Source von Q1 und Q3 fließt, wird von der gleichen Spannung
zwischen dem Verbindungspunkt G und dem Verbindungspunkt S gesteuert.
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Zwischen dem Verbindungspunkt S und
der negativen Elektrode eines Kondensators C1 sind ein Kondensator
Cf und ein Lastresonanzkreis mit einem induktiven Resonanzbauelement
LR, einem Resonanzkondensator CR und einem Kondensator Cd zum Entfernen
des Gleichanteils angeschlossen. Eine Entladungsröhre 1 ist
parallel zu CR angeschlossen. Der Kondensator Cd des Lastresonanzkreises
muss nicht enthalten sein. Außerdem
kann der Lastresonanzkreis zwischen dem Verbindungspunkt S und der
positiven Elektrode des Kondensators C1 angeschlossen sein. Die
Frequenz des Stroms, der durch diesen Lastresonanzkreis fließt, hängt von
den Bauteilwerten ab.
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Abwechselndes Ein- und Ausschalten
der Schaltelemente Q1 und Q3 bewirkt, dass der Strom in beide Richtungen
in den Lastresonanzkreis fließt, und
dass die Entladungsröhre
eingeschaltet wird. Ein Kondensator C7, der zwischen Drain und Source
des Schalters Q1 angeschlossen ist, stellt die Spannungsänderung
zwischen Drain und Source von beiden Schaltern ein. Der Kondensator
C7 kann dieselbe Funktion ausüben,
wenn er zwischen Drain und Source von Q3 angeschlossen ist.
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Der Gatetreiberschaltkreis, der den
leitfähigen
Zustand der Schalter Q1 und Q3 steuert, enthält den Kondensator Cf, der
an den Lastresonanzkreis angeschlossen ist. Der Kondensator Cf bekommt
die Treiberspannung von dem Strom, der durch den Lastresonanzkreis
fließt,
um den Betrieb des Gatetreiberschaltkreises zu bewirken. Zwischen
den Verbindungspunkten G und F und mit einem Anschluss des Kondensators
Cf, etwa dem Punkt F, sind ein induktives Bauelement Lg und ein
Kondensator Cs angeschlossen. Das induktive Bauelement Lg erzeugt eine
Phasendifferenz zwischen der Spannung zwischen Gate und Source und
dem Strom, der durch den Lastresonanzkreis fließt. Der Kondensator Cs entfernt
den Gleichanteil, der der Wechselspannung überlagert ist, die zwischen
Gate und Source anliegt.
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Die Zenerdioden ZD1 und ZD2, die
einander gegenüberliegen
und in Reihe geschaltet sind, werden parallel zu Gate und Source
vorgesehen. Diese Dioden verhindern, dass die Bauteile zerstört werden,
wenn eine Überspannung
zwischen Gate und Source der Schaltelemente anlegt. Außerdem ist
zwischen Gate und Source ein Kondensator Cgs angeschlossen, um die
Spannungsänderung über Gate und
Source einzustellen. Das heißt,
wenn die Schalter Q1 und Q3 abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden,
kompensiert dieser Kondensator die Totzeit zwischen dem Moment,
in dem ein Schalter ausgeschaltet wird, und dem Moment, in dem der
andere eingeschaltet wird. Der Strom, der durch die Schalter Q1
und Q3 fließt,
setzt sich aus dem Strom, der durch den Lastresonanzkreis fließt und dem
Strom, der durch den aktiven Wandler fließt, zusammen. Weil der Strom,
der durch den aktiven Wandler fließt, sich in Abhängigkeit
der kommerziellen Wechselspannung ändert, ändert sich auch der Strom der
Schalter Q1 und Q3. Dies beeinflusst die Stärke des Stroms, der unterbrochen
wird, wenn die Gatespannung der Schalter Q1 und Q3 unter die Schaltschwelle
sinkt, und die Schalter ausgeschaltet werden. Weil dieser Strom
die parasitäre
Kapazität
der Schalter Q1 und Q3 und den Kondensator C7 lädt oder entlädt, nachdem
Schalter ausgeschaltet wurden, variiert der Zeitpunkt, zu dem die
Spannung zwischen Drain und Source der Schalter zum positiven Potenzial
oder negativen Potenzial der Leistungsgleichspannung wechselt. Wenn
die Gatespannung die Schaltschwelle der Schalter überschreitet
und die Schalter eingeschaltet werden, während sich die Spannung zwischen
Drain und Source ändert,
fließt
ein Kurzschlußstrom
den Strompfad entlang, der aus dem Kondensator C7 und dem Schalter
Q1 oder Q3 besteht, was Wärme
im Schalter erzeugt. In dieser Ausführung gibt der Gatetreiberschaltkreis,
der sich aus den Kondensatoren Cg und Cf und dem induktiven Bauelement
Lg zusammensetzt, der Gatespannung des Schalters eine angemessene
Phasendifferenz, um den Zeitpunkt zu steuern, zu dem die Schalter eingeschaltet
werden. Diese Phasendifferenz, die entsprechend der Änderung
der Lastresonanzfrequenz oder der Stärke des Stroms, der durch den Schalter
ist, vorgegeben wird, verhindert den Kurzschlußstrom.
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Wenn in 8 die Wechselspannung während des
Zündens
ansteigt und die Gleichspannung des Kondensators C1 ansteigt, fließt der Strom
durch den Pfad, der sich aus einem Widerstand R1, der zwischen Drain
und Gate von Q1 angeschlossen ist, dem induktiven Bauteil Lg, den
Kondensatoren Cs und Cf und einem Widerstand R2, der zwischen Source
und Drain von Q3 angeschlossen ist, zusammensetzt. Dieser Strom
steigert allmählich
die Spannung am Verbindungspunkt G, das heißt, die Spannung zwischen Gate
und Source. Wenn die Spannung zwischen Gate und Source die Schwellenspannung
des Bauelementes Q1 überschreitet,
wird Q1 eingeschaltet. Dann fließt der Strom vom Verbindungspunkt
S zum Verbindungspunkt F, und verringert folglich die Spannung am
Verbindungspunkt F. Dies lässt
die Spannung zwischen Gate und Source sofort unter die Schwellenspannung
von Q1 fallen, was Q1 ausschaltet. Weil der Kondensator Cf zwischen
den Verbindungspunkten F und S angeschlossen ist, bilden der Kondensator
Cgs und das induktive Bauelement Lg zu diesem Zeitpunkt den LC-Resonanzschaltkeis,
eine leichte Änderung
der Spannung des Kondensators Cf erhöht den Strom, der durch den
LC-Resonanzschaltkreis
fließt,
und erhöht deshalb
die Amplitude der Spannung zwischen Gate und Source. Diese Schwingung
startet den Schaltbetrieb, in dem die Schalter Q1 und Q3 abwechselnd ein-
und ausgeschaltet werden. Wie in der oben beschriebenen ersten Ausführung bewirkt
abwechselndes Ein- und Ausschalten der Schaltelemente Q1 und Q3
mit einer hohen Frequenz, dass der Strom vom Wechselstromnetz in
den aktiven Wandler fließt. Dieser
Strom lädt
den Kondensator C1 entsprechend dem Ausgang des Dimmers 7 und
steuert die Gleichspannung.
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9 zeigt
den Zusammenhang zwischen der Gleichspannung und der Lampenleistung
im Hinblick auf den Wechselstrom-Leitphasenwinkel
der in 8 gezeigten Ausführung. In 9 sinkt die Gleichspannung
allmählich,
wenn der Leitphasenwinkel sinkt, und wenn die Spannung sinkt, sinkt
die Lampenleistung. Die Beziehung zwischen der Lampenleistung und
der Helligkeit der Lampe ist in 10 gezeigt.
Wenn die Lampenleistung von 18W auf 6W sinkt, singt die Helligkeit
von 100% bei 18W auf 40% bei 6W. In der zweiten Ausführung wird
der Leitwinkel der kommerziellen Wechselspannung von dem Dimmer
wie oben beschrieben gesteuert. Es ist sogar möglich, die Ausgangsleistung
der Entladungsröhre
entsprechend dem Steuersignal des Phasenwinkels einzustellen, wenn
das Steuersignal für
den Leitphasenwinkel der Lampenleitung überlagert ist.
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11 ist
ein Diagramm der Anordnung eines Beleuchtungssystems, das gemäß der Beleuchtungsvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Diese Figur zeigt
ein Beleuchtungssystem, das der kommerziellen Wechselspannung, die
von einem Elektrizitätswerk 40 über die
Lampenleitung 41 geliefert wird, das Steuersignal für die Beleuchtung
wie in 12 gezeigt überlagert,
um eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Anschalten von Licht 100–103 zu
steuern, die an die Lampenleitung angeschlossen sind. In 11 arbeitet ein Gateway 42, der
an die Lampenleitung zwischen dem Elektrizitätswerk und dem Stromverbraucher
angeschlossen ist, als Schnittstelle, über die das Elektrizitätswerk die Stärke des
Stromes überwacht,
der von den Stromverbrauchern gebraucht wird, und steuert die Stromstärke. Die
Steuereinheit 6, die mit der Lampenleitung zwischen dem
Gateway 42 und den Verbindungseinheiten 90–93 in Reihe
geschaltet ist, arbeitet als Zentralanschluss, der die Vorrichtungen
zum Anschalten von Licht steuert. Die Vorrichtungen zum Anschalten
von Licht 100–103
sind an die Verbindungseinheiten 90–93 angeschlossen.
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Die Verbindungseinheiten 90–93 enthalten jede
eine Einheit, in der der Ort der Anordnung der Verbindungseinheit
gespeichert ist. Diese Ortsinformation ermöglicht der Steuereinheit 6,
den Ort jeder Verbindungseinheit zu identifizieren. Eine Überlagerung
der Ortsinformation über
das Steuersignal ermöglicht,
dass die Vorrichtungen zum Anschalten von Licht individuell gesteuert
werden. Nach der Detektion, dass eine Vorrichtung zum Anschalten
von Licht angeschlossen ist, sendet jede Verbindungseinheit ein
Signal an die Steuereinheit 6. Dieses Signal ermöglicht der
Steuereinheit zu bestimmen, ob eine Vorrichtung zum Anschalten von
Licht angeschlossen ist.
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An die Lampenleitung 41 ist
eine elektrische Vorrichtung 43 zum Einstellen der Helligkeit
der Beleuchtungsvorrichtung angeschlossen. Diese elektrische Vorrichtung 43 kann
Informationen zu oder von den Vorrichtungen zum Anschalten von Licht 100–103 über die
Steuereinheit 6 übertragen.
Eine Vorrichtung zum Anschalten von Licht mit einer Kommunikationsfunktion,
um über
die Lampenleitung 41 in einem wie oben beschriebenen System
zu kommunizieren, wird unten beschrieben.
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13 zeigt
eine erste Ausführung
einer Vorrichtung zum Anschalten von Licht mit der Kommunikationsfunktion,
die in dem Beleuchtungssystem verwendet werden kann, das oben beschrieben
wurde. Ein Inverter 5 umfasst zwei nicht komplementäre Leistungshalbleiter-Bauelemente
Q1 und Q2, einen Resonanzschaltkreis 5b und einen Gatetreiberschaltkreis 5a,
der die Leitfähigkeit
der Schalter steuert. Die Vorrichtung zum Anschalten von Licht in
dieser Ausführung
hat eine Kommunikationsschnittstelle 2, welche Koppelkondensatoren 22,
einen Filterschaltkreis 2a, einen Signalverstärkungsschaltkreis 2b,
einen Modulations/Demodulations-Schaltkreis und einen Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 2d umfasst.
Diese Schnittstelle sendet oder empfängt Steuersignale zu oder von
der Steuereinheit 6.
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Die Koppelkondensatoren 22 separieren
die Lampenleitung und die Kommunikationsschnittstelle elektrisch
voneinander. Die Koppelkondensatoren 22 können durch
Koppeltransformatoren ersetzt werden. Der Filterschaltkreis 2a,
der in die Kommunikationsschnittstelle 2 integriert ist,
ist ein Bandpassfilter, der nur die Signale in dem Frequenzband
durchlässt, das
durch die Kommunikation auf der Lampenleitung verwendet wird, und
entfernt die Signale außerhalb des
Bandes. Wie in 14 gezeigt
ist, kann dieser Filter ein integriertes Bauteil sein, zum Beispiel,
wenn er mit einem Filter mit geschalteten Kapazitäten kombiniert
ist, der die Kondensatoren 23 und 25, einen Schalter 27 und
einen Operationsverstärker 26 enthält.
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Der Signalverstärkungsschaltkreis 2b verstärkt das
Signal, um sicherzustellen, dass die Information erhalten bleibt,
wenn sich das Signal abschwächt,
während
es durch eine lange Leitung zwischen der Steuereinheit 6 und
der Vorrichtung zum Anschalten von Licht läuft. Der Schaltkreis verstärkt das
Signal auch, wenn das Signal der Wechselspannung überlagert
ist, die von der Vorrichtung zum Anschalten von Licht an die Lampenleitung
angelegt wird. Der Modulations-/Demodulations-Schaltkreis 2c demoduliert
das von der Lampenleitung über
den Filterschaltkreis 2a gesendete Analogsignal, oder moduliert
das Digitalsignal und gibt das Analogsignal aus. Der Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 2d dekodiert
das von dem Modulations-/Demodulations-Schaltkreis 2c ausgegebene
Digitalsignal. Zum Beispiel gibt der Schaltkreis nach dem Empfang
eines Befehls, die Entladungsröhre
auf 80% abzudunkeln, das Steuersignal aus, die Schaltfrequenz des Inverters
zu erhöhen.
Wenn das Signal, das den Zustand des Inverters angezeigt, von dem
Gatetreiberschaltkreis 5a gesendet wird, dekodiert der
Beleuchtungssteuerungsschaltkreis das Signal und gibt das Digitalsignal
an den Modulations-/Demodulations-Schaltkreis 2c aus. Der Gatetreiberschaltkreis 5a sendet
das Treibersignal an den Inverter, um die Schalter Q1 und Q3 im
oberen und im unteren Zweig zu steuern. Dieser Treiberschaltkreis
hat einen Pegelschieberschaltkreis, der das Treibersignal, welches
das Schaltelement im unteren Zweig als Referenzpotential verwendet,
in ein Treibersignal wandelt, welches das Schaltelement im oberen
Zweig als Referenzpotenzial verwendet. Außerdem enthält der Gatetreiberschaltkreis 5a einen
Oszillator, der die Schaltfrequenz des Inverters auf Basis des Steuersignals
vom Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 2d steuert. Gleichzeitig
sendet der Gatetreiberschaltkreis Informationen über die Schaltfrequenz an die Beleuchtungssteuerungseinheit 2d,
um ihr mitzuteilen, ob der Inverter eingeschaltet ist.
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15 zeigt
eine Ausführung
einer Vorrichtung zum Anschalten von Licht mit der Kommunikationsfunktion
nach der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführung umfasst der Inverter
zwei komplementäre
Schalter, die zwischen den Gleichstromquellen mit dem Referenzpotenzial
des Schaltersteuerungssignals angeschlossen sind, das von dem der Gleichstromquelle
abweicht. Das Referenzpotenzial des Treiberkreises von solchen komplementären Scheitern
variiert kontinuierlich. Um das Signal an den Treiberschaltkreis
zu senden, müssen
die Signalsendeseite und die Signalempfangsseite elektrisch voneinander
getrennt sein.
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Die Vorrichtung zum Anschalten von
Licht in dieser Ausführung
umfasst Koppelkondensatoren 22, wie etwa in 13 gezeigt ist, und eine
Kommunikationsschnittstelle 2, einen Filterschaltkreis 2a,
einen Signalverstärkerschaltkreis 2b,
einen Modulations/Demodulations-Schaltkreis 2c und einen Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 2d.
Zwischen der Invertersteuerung, die einen Gatetreiberschaltkreis 5a und
die Kommunikationsschnittstelle 2 umfasst, sind Potenzialtrenner 24 vorgesehen,
die die Signale zur Übertragung
zwischen der Invertersteuerung und der Kommunikationsschnittstelle
elektrisch voneinander trennen. Die Kommunikationsschnittstelle 2 ist mit
der in 13 beschriebenen
gleich und deshalb wird ihre Beschreibung ausgelassen.
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16 zeigt
den Schaltplan des Gatetreiberschaltkreises 5a, der die
komplementären
Schalter Q1 und Q3 treibt. An den Steuerknotenpunkt G der komplementären Schalter
Q1 und Q3, die zwischen dem positiven und den negativen Potenzial
des Glättungskondensators 1 angeschlossen
sind, ist der Ausgangsknoten des CMOS-Transistors angeschlossen,
der sich aus dem p-Kanal-Transistor Q4 und dem n-Kanal-Transistor
Q5 zusammensetzt, die an ihrem Drain zusammengeschlossen sind. Ähnlich ist
an den Referenzknoten S der Ausgangsknoten des CMOS-Transistors angeschlossen,
der sich aus dem p-Kanal-Transistor Q6 und dem n-Kanal-Transistor
Q7 zusammensetzt, deren Drains zusammengeschlossen sind. Die CMOS-Transistoren
werden von den Knoten V1 und V1G mit Gleichspannung versorgt. Das
Gatesteuerungssignal wird von einem Oszillator 14 über einen
Puffer 15 an den Steuereingang jedes CMOS-Transistors gesendet.
Die Leitfähigkeit
der Schaltelemente wird von diesen Signalen gesteuert. Der Oszillator 14 empfängt ein
Steuersignal 20 von dem Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 2d über die
Potenzialtrenner 24 und erzeugt eine gewünschte Frequenz,
um die Schaltfrequenz zusteuern. Gleichzeitig gibt der Oszillator
ein Zustandssignal 21 aus, das den Zustand des Inverters
anzeigt.
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Wenn eine Vielzahl von Vorrichtungen
zum Anschalten von Licht schnell von der Steuereinheit 6 in 15 gesteuert werden müssen, muss
das Signal auch schnell zwischen der Kommunikationsschnittstelle
und der Invertersteuerung übertragen werden.
Die Leistungsfähigkeit
der Potenzialtrenner 24 beeinflusst das Ansprechverhalten
der Vorrichtung zum Anschalten von Licht.
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17 zeigt
eine dritte Ausführung
einer Vorrichtung zum Anschalten von Licht mit Kommunikationsfunktion
mit Potenzialtrennern, die diesem Anspruch genügen. In dieser Ausführung sind
ein Steuerschaltkreis 18 mit der Funktionalität einer
Kommunikationsschnittstelle ähnlich
zu der in der in 15 beschrieben
Ausführung
und ein Treiberschaltkreis 17 mit der Steuerfunktion für den Inverter
vorgesehen.
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Ein komplementärer Signalgenerator 18e im Steuerschaltkreis 18 empfängt ein
Digitalsignal von einem Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 18d.
Ein komplementärer
Signalgenerator 17c im Treiberschaltkreis 17 empfängt ein
Digitalsignal von einem Gatetreiberschaltkreis 17a. Diese
zwei Signalgeneratoren erzeugen Signale, die zueinander in der Phase
um 180° gedreht
sind. Die Signale werden in die Koppelkondensatoren 9 und 12 gespeist,
indem die Schaltkreise 8 und 11 getrieben werden,
und die komplementären
Signale werden Signale mit differenziellem Signalverlauf. Sendeschaltkreise 10 in dem
Treiberschaltkreis 17 und Sendeschaltkreise 13 in
dem Steuerschaltkreis 18 detektieren jeweils den differenziellen
Signalverlauf und geben die Zeitinformationen über das Ansteigen und Abfallen
des Pulses aus. Ein Flip-Flop 17f in dem Treiberschaltkreis 17 und
ein Flip-Flop 18f in dem Steuerschaltkreis 18 reproduzieren
jeweils die Digitalsignale, die von dem Beleuchtungssteuerungschaltkreis
und dem Gatetreiberschaltkreis ankommen, auf Basis der Zeitinformationen
von den Sensorschaltkreisen 10 und 13. Die reproduzierten
Digitalsignale werden in den Gatetreiberschaltkreis 17a und
in die Beleuchtungssteuerungseinheit über die Puffer 17g und 18g eingegeben.
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Die Koppelkondensatoren 9 und 12 übertragen
Signale bidirektional, während
sie die Kommunikationsschnittstelle und die Invertersteuerung elektrisch
voneinander separieren. Die so als Kondensator eingesetzten Potenzialtrenner
erzeugen mit den umgebenden Schaltkreisen, die aus logischen Schaltkreisen
aufgebaut sind, nur eine geringfügige Verzögerung und
arbeiten deshalb mit Hochgeschwindigkeit.
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Der Gatetreiberschaltkreis 17a,
der die komplementären
Schalter Q1 und Q3 treibt, ist derselbe wieder der in 16 gezeigte. Wenn der Treiberschaltkreis 17 einen
Schaltkreis zur Erfassung der Lebensdauer der Entladungsröhre 17b hat,
der das Vorhandensein und die Lebensdauer der Entladungsröhre erfasst,
hält der
Gatetreiberschaltkreis 17a den Oszillator nach der Detektion
des Signals für den
Ablauf der Lebensdauer von dem Schaltkreis zur Erfassung der Lebensdauer
der Entladungsröhre 17b an,
was folglich verhindert, dass der Inverter beschädigt wird.
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Die herkömmlichen, nicht komplementären Schalter,
die zum Treiben des Inverters zwei Steuersignale benötigen, deren
Phase um 180° verdreht
ist, brauchen einen Potenzialschieberschaltkreis. Folglich ist der
Treiberschaltkreis ein Hochspannungsschaltkreis. Andererseits ist
der Gatetreiberschaltkreis der komplementären Schalter, der in der oben beschriebenen
Ausführung
verwendet wird, einfach; das heißt, er umfasst einen CMOS-Transistor,
einen Oszillator und einen Puffer. Diese einfache Anordnung ermöglicht,
dass der Inverter nur durch ein Steuerungssignal gesteuert wird.
Deshalb kann der Treiberschaltkreis, der nun ein Niederspannungsschaltkreis
ist, in ein IC integriert werden. Außerdem können die durch Kondensatoren
realisierten Potenzialtrenner, die sich aus logischen Schaltkreisen
wie oben beschrieben zusammensetzen können, in denselben Wafer eingebracht
werden. Deshalb kann der Teil, der in 17 von
einer gestrichelten Linie 16 eingeschlossen ist, als ein
integrierter Schaltkreis auf einem Chip implementiert werden.
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In 18 wird
als Nächstes
der Leistungsschaltkreis beschrieben, der den Treiberschaltkreis 17 und
den Steuerschaltkreis 18 mit Strom versorgt.
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In 18 ist
das Referenzpotenzial des Gatetreiberschaltkreises, der in dem Treiberschaltkreis 17 enthalten
ist, von der Spannung des Kondensators C1, das heißt, von
dem Potenzial der Gleichspannung, verschieden. In dem der Figur
gezeigten Schaltkreis wird durch eine zweite Wicklung L7, die in
dem induktiven Resonanzbauteil LR vorgesehen wird, die Spannung
dieser zweiten Wicklung verwendet, welche durch den Resonanzstrom
erzeugt wird, der durch das induktive Bauelement LR fließt. Diese
Spannung bewirkt, dass der Ladestrom über eine Diode D3 in einen
Kondensator 8 fließt.
Die Spannung über
C8, die eine von der Spannung über C1
verschiedene Spannung ist, wird an die Knotenpunkte V1 und V1G des
Treiberschaltkreises 17 angelegt. Andererseits erhält man das
Referenzpotenzial des Steuerschaltkreises 18, das mit dem
von C1 gleich ist, indem ein Widerstand R3 und ein Kondensator C9
zwischen der positiven und der negativen Elektrode von C1 angeschlossen
werden, um C9 mit der Spannung von C1 zu laden, um eine Gleichspannung
zu erzeugen. Eine Zenerdiode ZD3 wird parallel zu C9 angeordnet,
um die Spannung zu einzustellen.
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Das Referenzpotenzial des Steuerschaltkreises 18 kann
wie in dem Treiberschaltkreis 17 von dem von C1 abweichen.
In diesem Fall wird eine andere zweite Wicklung L8 für das induktive
Bauelement LR vorgesehen, wie in 19 gezeigt
ist, und die erzeugte zweite Spannung wird verwendet. Ein Kondensator
C3 wird mit dieser Spannung über
eine Diode D4 geladen, und die Spannung über C3 wird an den Knoten V2
des Treiberschaltkreise 17 und an den Knoten V2G mit dem
Referenzpotenzial angelegt, das von dem von C1 abweicht. Während des Zündens ist
die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Anschalten von Licht, die in 18 gezeigt ist, mit der
Eigenschwingung gleich, die in 8 beschrieben
ist. Das heißt,
die Schalter Q1 und Q3 werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet,
um den Schaltbetrieb zu beginnen. Nach dem Zünden fließt der Strom in das induktive
Resonanzbauelement LR, um die Gleichspannung an den Treiberschaltkreis 17 anzulegen,
was bewirkt, dass der Treiberschaltkreis 17 den separat
angeregten Treiberbetrieb aufnimmt.
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20 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Schemas des Beleuchtungssteuerbetriebes zeigt,
bei dem die Steuereinheit die Vorrichtung zum Anschalten von Licht
mit der oben beschrieben Kommunikationsfunktion steuert. Wenn die
Vorrichtung zum Zeitpunkt t0 zu leuchten beginnt, steigt der Quecksilberdampfdruck
in der Entladungsröhre
und gleichzeitig steigt allmählich
die Helligkeit. Zum Zeitpunkt t1 erreicht die Entladungsröhre 100%
des Zustandes voller Leuchtkraft. Nach dem Empfangen eines Signals
für den
Energiespar-Betriebsmodus von der Steuereinheit zum Zeitpunkt t2
steuert die Vorrichtung zum Anschalten von Licht die Schaltfrequenz
des Gatetreiberschaltkreis, um sie höher als gewöhnlich zu halten und die Lampenleistung
geringfügig
abzusenken und die Helligkeit auf ungefähr 80% des Zustandes voller
Leuchtkraft zu halten. In diesem Energiesparmodus ist die Helligkeit
der Entladungsröhre
ungefähr
20% geringer als im Zustand voller Leuchtkraft. Die Helligkeit wird
nicht plötzlich sondern allmählich abgesenkt,
um dem Benutzer nicht das Gefühl
zu vermitteln, dass es dunkel wird. Wenn das Steuerungssignal, das
die Helligkeit der Entladungsröhre
weiter absenkt, zum Zeitpunkt t3 gesendet wird, steigert die Vorrichtung
zum Anschalten von Licht die Schaltfrequenz, um die Lampenleistung
zur Einstellung der Helligkeit weiter abzusenken. Das Steuern der
Vorrichtung zum Anschalten von Licht über die Steuereinheit während des
oben beschriebenen Energiespar-Betriebsmodus ermöglicht auf diese Weise, dass
die Helligkeit der Entladungsröhre
auf ein solches Maß eingestellt
wird, dass der Benutzer nicht bemerkt, dass es dunkler wird, und
reduziert gleichzeitig den Stromverbrauch der Vorrichtung zum Anschalten
von Licht. Informationen über
den Zustand der Entladungsröhre,
z. B. die Information, ob die Lampe vorhanden ist oder ihre Lebensdauer
abläuft,
hilft dem Benutzer, Wartungsarbeiten, wie etwa das Ersetzen von
Entladungsröhren,
auszuführen.
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21 ist
ein Schaltplan einer vierten Ausführung einer Vorrichtung zum
Anschalten von Licht mit der Kommunikationsfunktion nach der vorliegenden
Erfindung. Die Vorrichtung zum Anschalten von Licht umfasst einen
Filterschaltkreis 51, einen Signalverstärkerschaltkreis 52,
einen Modulations-/Demodulations-Schaltkreis 53, einen
Beleuchtungssteuerungsschaltkreis 54, einen Gatetreiberschaltkreis 55 und
einen Schaltkreis zur Erfassung der Lebensdauer der Entladungsröhre 56.
In der Vorrichtung zum Anschalten von Licht, in 17 gezeigt ist, verwenden die Potenzialtrenner
zwischen der Kommunikationsschnittstelle und der Invertersteuerung
Kondensatoren. In dieser Ausführung
wird ein Transformator 19 als Potenzialtrenner verwendet.
Wenn der Transformator auf diese Weise verwendet wird, dekodiert der
Beleuchtungssteuerungssschaltkreis
54 in der Kommunikationsschnittstelle
das Digitalsignal von dem Modulations-/Demodulations-Schaltkreis 53 und gibt
das Analogsignal, das dem Signal entspricht, an den Transformator 19 aus.
Wenn das Zustandsssignal des Inverters von der Invertersteuerung über den Transformator 19 gesendet
wird, dekodiert der Beleuchtungssteuerungsschaltkreis das Analogsignal und
gibt das Digitalsignal an den Modulations-/Demodulations-Schaltkreis 53 aus.
Der Gatetreiberschaltkreis 55 empfängt das Analogsignal, das über den
Transformator gesendet wurde, erzeugt eine gewünschte Frequenz und steuert
die Schaltfrequenz, um die Helligkeit der Entladungsröhre 1 einzustellen. Nach
dem Empfangen des Signals von dem Schaltkreis zur Erfassung der
Lebensdauer der Entladungsröhre 56 hält der Gatetreiberschaltkreis
die Oszillation an, um zu verhindern, dass der Inverter beschädigt wird
und gibt gleichzeitig das Analogsignal, das diesem Zustand entspricht,
an den Transformator 19 aus.
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Die Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
die Einstellung der Helligkeit einer Beleuchtungsvorrichtung vom
Invertertyp, ohne dass ein zusätzlicher
Schwingkreis eingebaut werden muss. Die Vorrichtung ermöglicht auch
die ferngesteuerte Einstellung der Helligkeit einer Beleuchtungsvorrichtung
vom Invertertyp.