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Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Speisen einer Lampe,
mit
- – Eingangsklemmen
zum Anschluss an eine Speisespannungsquelle,
- – einem
Wechselrichter zum Generieren eines hochfrequenten Lampenstroms,
welcher enthält:
- – mit
den Eingangsklemmen gekoppelte Schaltmittel,
- – eine
mit den Schaltmitteln gekoppelte externe Ansteuerschaltung zum Generieren
eines Steuersignals mit der Frequenz f, um die Schaltmittel so zu
steuern, dass sie abwechselnd leitend und nicht leitend werden,
- – eine
mit der Steuerschaltung gekoppelte Dimmschaltung zum Einstellen
der Frequenz f, und
- – einen
mit den Schaltmitteln gekoppelten Lastkreis, der eine Reihenschaltung
aus einem induktiven Element und Lampenanschlussklemmen enthält, die über einen
Schaltkreis verbunden sind, der ein erstes kapazitive Element enthält.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Kompaktlampe.
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Eine
Schaltungsanordnung der dargelegten Art ist bekannt. Ein Benutzer
der bekannten Schaltungsanordnung kann den Lichtstrom einer von
der Schaltungsanordnung gespeisten Lampe durch Einstellen der Frequenz
des Steuersignals mit Hilfe der Dimmschaltung einstellen. Die Lampe
kann somit mit Hilfe von verhältnismäßig einfachen
Mitteln gedimmt werden. Wenn die Kapazität des kapazitiven Elementes
so gewählt
wird, dass sie verhältnismäßig klein ist,
ist gewährleistet,
dass die Beziehung zwischen der Frequenz des Steuersignals und der
Lampenleistung im gesamten Leistungsbereich der Lampe eindeutig
ist. Der Bereich, in dem die Frequenz des Steuersignals einstellbar
sein sollte, wird dann jedoch verhältnismäßig groß. Dies führt in der Praxis zu Problemen,
weil die integrierte Schaltung, die häufig in der Steuerschaltung
enthalten ist, gewöhnlich nicht
imstande ist, ein Steuersignal mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz zu generieren.
Erhöhen der
Kapazität
des kapazitiven Elementes reduziert den Bereich, über den
die Frequenz einstellbar sein muss. Ein Nachteil einer höheren Kapazität des kapazitiven
Elementes ist jedoch, dass die Beziehung zwischen der Frequenz des
Steuersignals und der Lampenleistung gewöhnlich nicht über den
gesamten Leistungsbereich der Lampe eindeutig ist. In der Praxis
ist der Dimmbereich daher begrenzt und in der Lampe können bei
verhältnismäßig niedrigen
Wegen der Lampenleistung leicht Instabilitäten auftreten.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine solche Schaltungsanordnung
zu schaffen, dass durch Einstellung der Frequenz des Steuersignals über einen
verhältnismäßig kleinen
Bereich eine von der Schaltungsanordnung gespeiste Lampe über einen
großen
Bereich gedimmt werden kann, wobei der Betrieb der Lampe dennoch
im gesamten Dimmbereich stabil ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist eine Schaltungsanordnung der dargestellten Art
erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass das induktive Element so dimensioniert ist,
dass L20/Lmax ≤ 0,7,wobei
Lmax der Momentanwert der Induktivität des induktiven Elementes
ist, wenn die Amplitude des Stroms in dem induktiven Element maximal
ist und die Lampenleistung ihren maximalen Wert hat, und L20 der
Momentanwert der Induktivität
des induktiven Elementes ist, wenn die Amplitude des Stroms in dem
induktiven Element maximal ist und die Lampenleistung 20% ihres
maximalen Wertes beträgt.
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Wenn
die Frequenz des Steuersignals in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
mit Hilfe der Dimmschaltung erhöht
wird, nimmt die Frequenz des Stroms in dem Lastkreis auch zu. Daher nehmen
auch die Betriebsspannung der Lampe und die Amplitude des durch
das induktive Element fließenden
Stroms zu. Wegen der Zunahme der Amplitude des durch das induktive
Element fließenden Stroms
nimmt der Effektivwert der Induktivität des induktiven Elementes
ab, weil der Momentanwert der Induktivität während eines Teils jeder hochfrequenten Periode
des durch das induktive Element fließenden Stroms verhältnismäßig niedrig
ist und ein erhebliches Maß an
Sättigung
des genannten induktiven Elementes auftritt. Die Abnahme des Effektivwertes der
Induktivität
in Reaktion auf eine Zunahme der Frequenz des Steuersignals sorgt
dafür,
dass zwischen der Frequenz des Steuersignals und der Lampenleistung über einen
verhältnismäßig großen Bereich
der Lampenleistung eine eindeutige Beziehung besteht. Mit anderen
Worten, die Lampe kann über einen
großen
Bereich gedimmt werden und ihr Betrieb ist über den gesamten Dimmbereich
stabil.
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Vorteilhafte
Ergebnisse sind insbesondere für
Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erhalten worden, bei der L20/Lmax ≤ 0,5.
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Vorteilhafte
Ergebnisse sind auch für
Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erhalten worden, bei der die Schaltmittel eine Reihenschaltung aus
zwei Schaltelementen enthalten, sodass der Wechselrichter eine sogenannte
Brückenschaltung
bildet.
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Es
hat sich auch gezeigt, dass das induktive Element in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
einen sehr einfachen Aufbau haben kann. Günstige Ergebnisse sind besonders
mit Hilfe von Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erhalten worden, bei der das induktive Element einen mit einer Wicklung
aus Kupferdraht versehenen I-Kern enthält.
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Eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
kann einen verhältnismäßig einfachen
und daher kompakten Aufbau haben, sodass sie perfekt für den Einsatz
in dem elektronischen Vorschaltgerät einer Kompaktlampe geeignet
ist, die Folgendes enthält:
- – ein
lichtdurchlässiges
Entladungsgefäß, das mit einer
ein Edelgas enthaltenden Füllung
und mit zwei Elektroden versehen ist,
- – ein
Lampengehäuse,
das mit dem Entladungsgefäß verbunden
ist,
- – einen
Lampensockel, der mit elektrischen Kontakten versehen ist und mit
dem Lampengehäuse verbunden
ist, und
- – ein
elektronisches Vorschaltgerät,
das zwischen die Elektroden und die Kontakte geschaltet ist, um aus
einer Speisespannung einen Lampenstrom zu generieren,
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
und ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kompaktlampe sind
in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
mit der eine Lampe verbunden ist;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kompaktlampe,
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3 und 4 beide
eine Beziehung zwischen Lampenleistung und Frequenz des Lampenstrom,
und
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5 die
Induktivität
eines induktiven Elementes einer praktischen Ausführung der
in 1 gezeigten Ausführungsform, d.h. als Funktion
des Momentanwertes der Amplitude des durch das induktive Element
fließenden
Stroms.
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Die
Bezugszeichen K5 und K6 in 1 bezeichnen
eine erste bzw. eine zweite Klemme zum Anschluss an die Netzspannung
(50 Hz, 220 V). Die Klemme K5 ist mit einem ersten Eingang eines Gleichrichters
GM verbunden, der in der vorliegenden Ausführungsform von einer Diodenbrücke gebildet
wird. Die Klemme K6 ist mit einem zweiten Eingang des Gleichrichters
GM verbunden. Jeweilige Ausgangsklemmen des Gleichrichters GM sind
mit der Eingangsklemme K1 bzw. der Eingangsklemme K2 verbunden.
Die Eingangsklemme K1 ist über
einen Kondensator C1 mit der Eingangsklemme K2 verbunden. Die Klemmen
K5 und K6, die Diodenbrücke
GM und der Kondensator C1 bilden zusammen eine Speisespannungsquelle,
mit der die Eingangsklemmen verbunden sind. Alle anderen Komponenten
und Schaltungselemente bilden zusammen einen Wechselrichter zum
Erzeugen eines hochfrequenten Lampenstroms. Der Kondensator C1 wird
von einer Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement S1 und
einem zweiten Schaltelement S2 überbrückt, die in
der vorliegenden Ausführungsform
Schaltmittel bilden. Zum Generieren eines Steuersignals der Frequenz
f, um das erste und das zweite Schaltelement abwechselnd leitend
und nicht leitend zu machen, sind jeweilige Steuerelektroden des
ersten Schaltelementes S1 und des zweiten Schaltelementes S2 mit jeweiligen
Ausgängen
einer Steuerschaltung Sc1 verbunden. Ein Eingang der Steuerschaltung
Sc1 ist mit einem Ausgang eines Schaltungselementes D verbunden.
Das Schaltungselement D bildet eine Dimmschaltung zum Einstellen
der Frequenz f. Das zweite Schaltelement S2 wird von einer Reihenschaltung
aus einer Spule L1, einer Lampenanschlussklemme K3, einer Lampe
La, einer Lampenanschlussklemme K4 und einem Kondensator C2 überbrückt. Die
Lampe La wird von einem Kondensator C3 überbrückt, der in der vorliegenden
Ausführungsform
ein erstes kapazitives Element bildet. Die Spule L1, die Lampenanschlussklemmen
K3 und K4 und die Kondensatoren C2 und C3 bilden in der vorliegenden
Ausführungsform
zusammen einen Lastkreis. Die Spule L1 bildet ein induktives Element.
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Die
Funktionsweise der Ausführungsform von 1 ist
folgendermaßen.
Wenn die Klemmen K5 und K6 mit der Netzspannung (220V, 50 Hz) verbunden
sind, macht die Steuerschaltung Sc1 die Schaltelemente S1 und S2
abwechselnd leitend und nicht leitend. Daher liegt an einem gemeinsamen Punkt
der zwei Schaltelemente eine nahezu rechteckförmige hochfrequente Spannung
an. Wegen dieser nahezu rechteckförmigen hochfrequenten Spannung
fließt
in dem Lastkreis des Wechselrichters ein hochfrequenter Strom. Daher
fließt
auch ein hochfrequenter Strom durch die Lampe La. Wenn ein Benutzer
die Frequenz f des Steuersignals mit Hilfe des Schaltungselementes
D erhöht,
nimmt auch die Frequenz des durch die Spule L1 fließenden hochfrequenten
Stroms zu. Daher nimmt die Lampenleistung und auch der Lichtstrom
der Lampe ab, während
die Amplitude des durch die Spule L1 fließenden hochfrequenten Stroms
zunimmt. Wenn die Spule L1 so gewählt worden wäre, dass
die effektive Induktivität für jeden
eingestellten Wert der Lampenleistung nahezu konstant ist, wäre die Beziehung
zwischen der Frequenz f und der Lampenleistung so wie in 3. In 3 ist
die Frequenz f in kHz auf der horizontalen Achse und die Lampenleistung
in W auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die verwendete Lampe
war eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe vom Typ PL (Philips)
mit einer Nennleistung von 55 W. Man kann erkennen, dass für Lampenleistungen
von weniger als ungefähr
27,5 W keine eindeutige Beziehung zwischen Lampenleistung und Frequenz
f mehr besteht. Somit ist es nicht möglich, eine Lampenleistung
einzustellen, die kleiner ist als ungefähr 27,5 W. Gemäß der Erfindung
wird die Spule L1 so gewählt, dass
bei einer höheren
Frequenz ein wesentliches Maß an
Sättigung
der Spule L1 und damit auch eine höhere Amplitude des Stroms in
der Spule L1 auftritt. Die Spule L1 ist besonders so dimensioniert,
dass ungefähr: L20/Lmax = 0,5,wobei Lmax der Momentanwert
der Induktivität
des induktiven Elementes ist, wenn die Amplitude des Stroms in dem
induktiven Element maximal ist und die Lampenleistung ihren Maximalwert
hat, und L20 der Momentanwert der Induktivität des induktiven Elementes
ist, wenn die Amplitude des Stroms in dem induktiven Element maximal
ist und die Lampenleistung 20% ihres Maximalwertes beträgt. Infolge dieser
Sättigung
nimmt der Effektivwert der Induktivität der Spule L1 während des
Dimmens der Lampe ab. Dies führt
zu einer Beziehung zwischen der Frequenz f und der Lampenleistung,
wie in 4 gezeigt. Diese Figur zeigt, dass zwischen der
Frequenz f und der Lampenleistung über praktisch den gesamten
Bereich der Lampenleistung eine eindeutige Beziehung besteht. Diese
Ergebnisse wurden für
eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe vom Typ PL (Philips)
mit einer Nennleistung von 55 W erhalten. 5 zeigt
den Momentanwert der Induktivität der
betreffenden Spule als Funktion der momentanen Amplitude des in
der Spule fließenden Stroms.
Die momentane Amplitude des in der Spule fließenden Stroms ist in mA auf
der horizontalen Achse aufgetragen. Die momentane Induktivität der Spule
ist in μH auf
der vertikalen Achse aufgetragen. Man sieht, dass die Sättigung
der Spule bei einer verhältnismäßig hohen
momentanen Amplitude des Lampenstroms verhältnismäßig hoch ist. Die verwendete Spule
bestand aus einer Wicklung aus Kupferdraht um einen I-Kern, der
aus dem Material 3C85 (Philips) hergestellt war.
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Das
Bezugszeichen 8 in 2 bezeichnet ein
lichtdurchlässiges
Entladungsgefäß, das mit
einer Quecksilber und ein Edelgas enthaltenden Füllung und mit zwei Elektroden
versehen ist (nicht abgebildet). Auf der Wandung des Entladungsgefäßes ist
eine Leuchtschicht angebracht. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
ein Lampengehäuse,
das mit dem Entladungsgefäß 8 verbunden
ist und das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Lampensockel,
der mit elektrischen Kontakten (1 und 2) versehen
und mit dem Lampengehäuse
verbunden ist. B ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zum Erzeugen eines hochfrequenten Lampenstroms, die, über die
Leiter E, zwischen die Kontakte (1, 2) und die
Elektroden (über die
Leiter 9) geschaltet ist.