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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Regelvorrichtung einer
Leuchtstofflampe, mit einer Spannungsquelle und einem Zünd- und
Versorgungsschaltkreis, der eine induktive Komponente und eine Kapazität umfasst.
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Leuchtstofflampen
werden im allgemeinen aufgrund ihrer guten Leuchtleistung eingesetzt.
Zudem weisen Sie eine hohe Lebensdauer auf und sind in verschiedenen
Farbtönen
erhältlich,
was Sie für eine
Vielzahl von Anwendungen prädestiniert.
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Für den Betrieb
einer Leuchtstofflampe wird eine Regelvorrichtung zur Leistungsregelung
benötigt,
die die erforderliche Zündspannung
für die Leuchtstofflampe
und die für
den Betrieb erforderliche Versorgungsspannung liefert. Mit dem Einsatz einer
Regelvorrichtung zur elektronischen Leistungsregelung stellt sich
das Problem sehr hoher Spannungen im Lampen-Schaltkreis, aus denen
sich die sehr hohen Anforderungen der Schaltelemente eines Lampenschaltkreises
ableiten. Aufgrund der hohen Spannungsniveaus ist es möglich die
Lampe vorzeitig zu entladen, noch bevor die Elektroden der Lampe ausreichend
aufgeheizt sind. Dies kann eine schnelle Abnutzung der Elektroden
und unsichere Entladungen nach sich ziehen. Gegenwärtige Lösungen weisen
zudem bedeutende Probleme in der Steuerung der Schaltelemente des
Lampen-Schaltkreises und bei der Ermittlung des Betriebszustandes
der Lampe auf, die auf die besagten hohen Spannungsniveaus zurückzuführen sind.
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Wenn
für Leuchtstofflampen
eine lange Haltbarkeit für
die Zündung
gefordert wird, sollte erst die Heizspannung des Heizkreises für ungefähr eine
Sekunde geschaltet werden, so dass die Leuchtstofflampe die erforderliche
Temperatur für
die thermische Elektronenemission erreicht. Erst anschließend wird
eine Zündspannung
geschaltet, die die Bogenentladung im Füllgas der Leuchtstofflampe
erzeugt.
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Die
obige Funktion kann ebenfalls dadurch erreicht werden, in dem man
die Entladung der Leuchtstofflampe für die Zeit der Vorheizung durch das
Kurz schließen
des Zündkreises
mittels eines Schalters unterbindet. Dieser Methode werden eine konventionelle
Serien-Drosselung (Drosselspule) und ein Gasentladungszünder für die Anwendung
z. B. bei einer 50 Hz Hauptspannung zugrundegelegt.
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Das
Problem hierbei stellt die hohe Ladung der eingesetzten Schalter,
bedingt durch die hohen Spannungen im Lampen-Schaltkreis, dar. Ein
weiterer Nachteil der betreffenden Lösung ist dadurch gegeben, dass
der Schalter über
der Lampe samt seiner Regelungselektronik galvanisch nicht von dem Hochspannungslampenschaltkreis
separiert werden kann.
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Das
Problem gegenwärtiger
Lösungen
nach dem Stand Technik besteht auch darin, dass man nicht galvanisch
trennen und niedrige Mess-Spannungsinformationen
während
des Betriebes der Leuchtstofflampe erhalten kann. Diese Art von
Information ist in Verbindung mit einer elektronischen Regelvorrichtung
nützlich,
so dass die Regelvorrichtung im Falle einer Fehlfunktion der Leuchtstofflampe
abgeschaltet werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der gegenwärtigen
Erfindung ist es eine Regelvorrichtung für Leuchtstofflampen bereitzustellen,
die die zuvor geschilderten Nachteile vermeidet, die Entladung der
Leuchtstofflampe während
der Aufheizphase der Elektroden unterbindet und die Spannung über der
Lampe mittels einer einfachen Vorrichtung, während des Betriebs der Lampe,
misst. Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für die Leuchtstofflampe,
gemäß dem angehängten Anspruch
1, gelöst.
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Die
Regelvorrichtung dieser Erfindung basiert auf der Idee, durch den
Zusatz einer Transformatorverbindung zum Lampenschaltkreis, deren
Sekundärspule
mit Hilfe eines Schalters zugeschaltet und abgeschaltet werden kann,
eine ausreichend lange Vorheizung der Leuchtstofflampe zu gewährleisten.
Die Transformatorverbindung ermöglicht
zudem die einfache Überwachung
des Betriebszustandes der Leuchtstofflampe durch die Überwachung der
Spannungsgröße in der
Sekundärspule
des genannten Transformators.
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Die
erfindungsgemäße Regelvorrichtung
für Leuchtstofflampen
liefert bedeutende Vorteile in Hinblick auf die Zuverlässigkeit
der Lampenentladung, da die Vorheizung der Leuchtstofflampe durch
die Mittel der Regelvorrichtung in der Art veranlasst wird, dass
keine Entladung stattfindet, bevor die Elektroden aufgeheizt sind.
Ein weiterer bedeutender Vorteil der Regelvorrichtung liegt in der
Möglichkeit
die Betriebszustände
der Lampe durch einfache Messung einer Spannung, die gegenüber der
tatsächlichen Spannung
des Lampenschaltkreises beträchtlich kleiner
ist, zu überwachen.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Im
folgenden wird die Erfindung durch Mittel der bevorzugten Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren beschrieben,
denen nach
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1 das Prinzip der Schaltanlage
der Erfindung, mit einem Wandler bestückt, und
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2 das Prinzip der Schaltanlage
der Erfindung, mit einer Halbbrückenschaltung
bestückt,
veranschaulicht.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In
der erfindungsgemäßen 1 ist die Spannungsquelle
des Lampenschaltkreises ein (DC/AC) Gleichspannungs-/Wechselspannungssteller,
dessen Ausgang mit der Primärspule
des Transformators (T1) verbunden ist. Die Sekundärspule des Transformators
T1 als Teil des Lampenschaltkreises ist parallel zur Leuchtstofflampe
angeordnet. Die Kapazität
C1 ist mit den zweiten Polen der Leuchtstofflampen-Elektroden, wie
in der Figur dargestellt, verbunden. Die induktive Komponente – das ist
die Induktivität
des Transformators T1 – in 1 bildet zusammen mit der
Kapazität
C1 einen Schwingkreis, der die benötigte Spannungserzeugung für die Leuchtstofflampenentladung
ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Transformator T2 parallel mit der Kapazität C1 des
Lampenschaltkreises verbunden. Die Primärspule N1 des Transformators
T2 ist mit den zweiten Polen der Lampe und der Kapazität verbunden.
Gemäß der Erfindung
ist ein Schaltelement S3 zum Schließen und Öffnen des zweiten Kreises des
Transformators T2 mit dessen Sekundärspule verbunden. Ein Steuerungsblock
Ctrl ist zum Zwecke der Ansteuerung des Schaltelementes S3 vorgesehen.
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In
der Ausführungsform
2 ist die Spannungsversorgung in der Regelvorrichtung der Erfindung durch
eine Halbbrückenverbindung,
mit einem Steuerkreis A, den Schaltern S1, S2 und den Dioden D1, D2,
gegeben. Solch eine hochfrequente halbbrückenverbundene Stellspannungsquelle
ermöglicht die
einfache Versorgung des Lampenschaltkreises mit einer Wechselspannung.
In einer Halbbrückenverbindung ändert sich
der Zustand der Schaltelemente S1, S2 bei hoher Frequenz, um die
Leuchtstofflampe mit der gewünschten
Spannung zu entladen. Durch Änderung
der Impulsschaltfrequenz kann die Spannungsversorgung der Leuchtstofflampe
größenordnungsmäßig modifiziert
werden. Gemäß der Erfindung
ist eine induktive Komponente L1 mit dem Halbbrückenausgang, d. h. bis zu dem
Punkt zwischen den Schaltern S1, S2 und den Dioden D1, D2, verbunden.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform
2 bildet die induktive Komponente L1 eine serielle Drosselung für die Leuchtstofflampe.
Der zweite Pol der Induktivität
L1 ist mit der zweiten Elektrode der Leuchtstofflampe verbunden.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Kapazität
C1 und die Primärspule
N1 des Transformators T2, die parallel zur Kapazität angeordnet
ist, mit den zweiten Polen der Leuchtstofflampenelektroden verbunden. Gemäß der Erfindung
ist das Schaltelement S3, das durch den Steuerungsblock Ctrl angesteuert
wird, mit der Sekundärspule
des Transformators T2 verbunden. Die Induktivität L1 und die Kapazität C1 bilden einen
seriellen Schwingkreis, mit dem die für die Entladung der Leuchtstofflampe
benötigte
Spannung erzeugt werden kann. In der Ausführungsform 2 ist der zweite
Pol der zweiten Elektrode der Leuchtstofflampe mit dem Punkt zwischen
C2 und C3 verbunden. Die zweiten Pole der in Reihe geschalteten
Kapazitäten
sind mit der Betriebsspannung und der Masse verbunden.
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Das
Funktionsprinzip der Regelvorrichtung der Erfindung basiert darauf,
dass wenn der Schalter schließt,
ein Leistungsaggregat eine Spannung mit einer im Vergleich zur Resonanzfrequenz
der induktiven Komponente L1 und der Kapazität C1 der Schaltung passenden
Frequenz liefert. Während
der Aufheizphase wird das Schaltelement S3 des Transformators T2
geschlossen, wodurch der Transformator den Lampenschaltkreis auflädt, und
ein Vorheizstrom, der beträchtlich
höher ist
als unter normalen Umständen,
fliest durch die Lampenelektroden, wobei keine Spannungsresonanz
im Schwingkreis entstehen kann. Die Vorheizung der Lampe, das ist
die Zeit in der das Schaltelement geschlossen ist, dauert ungefähr eine
Sekunde an und ermöglicht
die Aufheizung der Elektroden auf die für die thermische Elektronenemission
erforderliche Temperatur.
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Wenn
die Vorheizung abgeschlossen ist, wird das Schaltelement S3 geöffnet, das
mit der Sekundärspule
des Transformators T2 verbunden ist, wodurch eine Resonanzspannung
im Schwingkreis durch die induktive Komponente L1 und die Kapazität C1 erzeugt
wird, und die Leuchtstofflampe im Lampenschaltkreis kann entladen
werden. Der Übertragungsquotient
des Transformators T2 ist derartig ausgelegt, dass die Anzahl der
Spulenwicklungen N2 der Sekundärspule
gegenüber
der Anzahl der Wicklungen in der Primärspule N1 beträchtlich
kleiner ist. Auf diese Art kann ein Schaltelement mit niedriger Spannungstoleranzschwelle
als Vorheizschalter eingesetzt werden, gekennzeichnet durch das
Schaltelement S3.
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Nachdem
der Vorheizschalter geöffnet
wurde, kann der Zustand der Leuchtstofflampe des Lampenschaltkreises
mit der Spannungsmessung in der Sekundärspule des vorheizenden Transformators T2, überwacht
werden. Aufgrund des Übertragungsverhältnisses
des Transformators ist die in der Sekundärspule gemessene Spannung klein.
In der Darstellung der Ausführungsformen
werden die Spannungsdaten an die Regelungselektronik übermittelt, die
den erforderlichen Regelungseingriff auf der Basis der übermittelten
Daten ausübt.
Der Betriebszustand der Leuchtstofflampe kann einfach mit Hilfe
der Spannungsmessung in der Sekundärspule des Transformators T2
bestimmt werden. Übersteigt
die gemessene Spannung eine vordefinierte Schwelle, entlädt sich
die Lampe nicht. Ist die Spannung gleich Null, ist entweder der
Heizkreis der Lampe defekt oder es liegt eine Leitungsunterbrechung
vor. In beiden zuvor beschriebenen Fällen kann der die Spannung
liefernde Steller abgeschaltet werden.