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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampen-Betriebsvorrichtung
für den
Betrieb einer Entladungslampe (insbesondere einer Leuchtstofflampe).
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine dimmbare Leuchtstofflampe
mit eingebautem Vorschaltgerät.
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Aus
dem Dokument
US 6172464(B) ist
bereits eine Leuchtstofflampe mit einer Vorheizstrom-Zuführschaltung
und darüber
hinaus mit einer nichtlinearen Strombegrenzungseinrichtung bekannt,
die eine Beschädigung
der Schaltung des Vorschaltgerätes
für den
Fall verhindern würde,
dass an den zur Verbindung mit einer Lampenkatoden verwendeten Leitungen
versehentlich ein Kurzschluss entsteht. Weiterhin umfasst die Lampe
eine Halbbrücken-Wechselrichterschaltung
mit einer Steuerschaltung zum Variieren der Transistor-Umkehrfrequenz.
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Aus
dem Dokument
US 4853598(A) sind ebenfalls
bereits eine Leuchtstofflampe, eine Vorheizschaltung, die aus einer
Sekundärwicklung
besteht, und eine Widerstand-Strombegrenzungseinrichtung
bekannt.
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Aus
dem Dokument
US 5969486(A) sind
bereits Sperrdioden bekannt, mit denen verhindert wird, dass ein
Gleichstrom durch den Widerstand auf dem Leuchtfadenweg fließt, falls
aufgrund eines Defekts am Leuchtfaden oder aufgrund einer Abschaltung der
Lampe einer oder beide Leuchtfäden
in den offenen Zustand übergehen.
Auch in
US 5089751(A) und in
US 5563473(A) ist
eine Strombegrenzungseinrichtung für den Fall eines Kurzschlusses
offen gelegt.
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Aus
dem Dokument
US 5563473(A) ist
bekannt, dass Widerstände
vorgesehen sind, mit denen der Stromfluss begrenzt wird, falls ein
Kurzschluss an den einzelnen Leuchtfäden LF1, LF3 bzw. LF2 vorliegt,
und dass sich im Falle eines ausgedehnten Kurzschlusses in dem Leuchtfaden
der dazugehörige Widerstand
nicht öffnet.
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Leuchtstofflampen
sind durch eine höhere Lichtausbeute
und eine längere
Lebensdauer gekennzeichnet als Glühlampen und sehr vielseitig
im Einsatz, z. B. zur Wohnraumbeleuchtung. Insbesondere können Leuchtstofflampen
mit eingebautem Vorschaltgerät,
die kaum flimmern und sofort betriebsbereit sind und bei denen ein
Hochfrequenz-Wechselrichter-Vorschaltgerät und eine Leuchtstofflampe
als eine Einheit ausgebildet sind, ohne weiteres auf einer Lampenfassung
für Glühlampen
montiert werden. Angesichts der an gestrebten Energieeinsparung und
der Einsparung an natürlichen
Ressourcen gibt es daher einen wachsenden Bedarf an Leuchtstofflampen
mit eingebautem Vorschaltgerät. 4 zeigt
ein Beispiel für
den Aufbau einer Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät. Die Leuchtstofflampe
mit eingebautem Vorschaltgerät
aus 4 verfügt über eine
Leuchtstofflampe 101, einen Lampensockel 102,
z. B. vom Typ E26 für
Leuchtstofflampen, und ein Schaltungssubstrat 103. In dem
Schaltungssubstrat 103 sind die Drähte für das Hochfrequenz-Wechselrichter-Vorschaltgerät ausgebildet
und die Schaltkomponenten 106 vorgesehen. Das Schaltungssubstrat 103 befindet
in einem Gehäuse 104,
und der Lampensockel 102 ist an einem Ende des Gehäuses 104 vorgesehen.
Unterhalb des Gehäuses 104 befindet
sich eine lichtdurchlässige
Glocke 105, so dass der Rand der Leuchtstofflampe 101 umschlossen
wird.
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Die
Leuchtstofflampe 101 hat einen Aufbau wie er zum Beispiel
in 5 dargestellt ist. 5A zeigt
schematisch die Leuchtstofflampe 101 von oben, und 5B zeigt
schematisch die Leuchtstofflampe 101 von der Seite.
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Die
Leuchtstofflampe 101 aus 5 enthält einen
Glaskolben 107, dessen Innenseite mit Phosphor beschichtet
ist, und beide Enden des Glaskolbens 107 sind mit Leuchtfaden-Elektroden 108 und 109 verschlossen.
Die Elektrodenzuleitungsdrähte 110 und 111 sind
elektrisch an die Leuchtfadenelektroden 108 und 109 angeschlossen.
Vier u-förmige Glaskolben 107 sind
so angeordnet, dass sie von oben betrachtet ein Quadrat bilden,
und sind über eine
Brücke 112 mit
den angrenzenden Kolben verbunden. In dem Glaskolben 107 sind
Quecksilber und ein Edelgas, zum Beispiel Argon, eingeschlossen.
Zusätzlich
befindet darin Amalgam 113, mit dem der Dampfdruck des
Quecksilbers während
des Betriebs geregelt wird.
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Das
Hochfrequenz-Wechselrichter-Vorschaltgerät hat einen Aufbau, wie er
beispielhaft in 6 dargestellt ist. Das Hochfrequenz-Wechselrichter-Vorschaltgerät aus 6 enthält ein Netzfilter 115,
das an eine Wechselstromquelle 114 angeschlossen ist, eine
Gleichrichterschaltung 116, einen Glättungskondensator 117,
einen Ansteuerkreis 118 und FETs 119 und 120,
bei denen es sich um Schaltungselemente handelt, eine Drosselspule 121 und Kondensatoren 122 und 123.
Die Spulen 124 sind Sekundärwicklungen der Drosselspule 121.
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Das
Netzfilter 115 verhindert, dass hochfrequentes Rauschen
in den Wechselstrom 114 hinausströmt, und die Gleichrichterschaltung 116 und
der Glättungskondensator 117 wandeln
eine Wechselspannung aus der Wechselstromquelle 114 in
eine Gleichspannung um. Die FETs 119 und 120 schalten sich
als Reaktion auf ein Signal aus dem Ansteuerkreis 118 ein
und aus, wodurch die Gleichspannung aus dem Glättungskondensa tor 117 in
eine Hochfrequenz-Wechselspannung umgewandelt wird. Die Frequenz
der Hochfrequenz-Wechselspannung hängt von der Frequenz ab, bei
der sich die FETs 119 und 120 ein- und ausschalten,
und wird im Allgemeinen auf etwa 50 bis 80 kHz eingestellt. Die
Drosselspule 121, die Kondensatoren 122 und 123 und
die Leuchtstofflampe 101 bilden einen Lastkreis, der die Hochfrequenzenergie
zu der Leuchtstofflampe 101 leitet, und der Lampenstrom,
der durch die Leuchtstofflampe 101 fließen soll, wird durch die Drosselspule 121 begrenzt,
die ein Strombegrenzungselement darstellt. Über eine induzierte Spannung,
die durch den Strom erzeugt wird, der durch die Drosselspule 121 fließt, führen die
Sekundärwicklungen 124 den
Leuchtfadenelektroden 108 und 109 der Leuchtstofflampe 101 einen
Vorheizstrom zu.
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In
dem Schaltungssubstrat 103 aus 4 befinden
sich mehrere Schaltungskomponenten 106, von denen jedoch
in der Zeichnung nur die typischen Komponenten dargestellt sind.
Die Leuchtstofflampe 101 und das Schaltungssubstrat 103 aus 4 sind über Anschlussstifte
miteinander verbunden, die auf dem Schaltungssubstrat 103 vorgesehen
werden, indem zum Beispiel die Elektrodenzuleitungsdrähte 110 und 111 wie
in 5B umwickelt werden. Der Lampensockel 102 und
das Schaltungssubstrat 103 sind elektrisch miteinander
verbunden, und es wird Energie zugeführt, indem der Lampensockel 102 in eine
Fassung für
Leuchtstofflampen eingeschraubt wird, so dass die Leuchtstofflampe 101 funktionieren kann.
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Die
Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät aus 4 kann direkt
durch eine Glühlampe
ausgetauscht werden, so dass die Leuchtstofflampe mit eingebautem
Vorschaltgerät
weitgehend die gleichen Anwendungsmöglichkeiten wie eine Glühlampe hat.
Da sie immer häufiger
eingesetzt wird, war genau wie bei den Glühlampen auch bei der Leuchtstofflampe
mit eingebautem Vorschaltgerät die
Dimmbarkeit gefragt. Anders als bei Glühlampen, die einfach dadurch
gedimmt werden können,
dass die zugeführte
Energiemenge eingestellt wird, war es technisch sehr schwierig,
Leuchtstofflampen mit eingebautem Vorschaltgerät zu dimmen, bei denen es sich
um Entladungslampen handelt. Allerdings ist in den letzten Jahren
eine dimmbare Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät entwickelt
worden (siehe zum Beispiel die offen gelegte japanische Patentschrift
Nr. 11-111486), wodurch ist möglich
wurde, den oben beschriebenen Bedarf zu befriedigen.
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Damit
die ohnehin kompakte Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät dimmbar
wird, muss noch zusätzlich
ein Element mit Dimmfunktion vorgesehen werden, so dass die Herstellung
der dimmbaren Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät schwieriger
ist als die einer Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät ohne Dimmfunktion.
Selbstverständlich
ist es schwieriger, die Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät herzustellen
als eine einfache Entladungsvorrichtung, die mit einem separaten
Vorschaltgerät
ausgestattet werden kann.
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Als
die Erfinder der vorliegenden Erfindung Leuchtstofflampen mit eingebautem
Vorschaltgerät untersuchten,
bei denen es während
der Produktion zu Fehlern kam, stellte sich heraus, dass diese Fehler
folgende Ursache hatten. Wie aus 5 hervorgeht,
können
bei der Montage der Glühlampe 101, des
Lampensockels 102, des Schaltungssubstrats 103,
des Gehäuses 104 und
der Glocke 105 zu einer Einheit, die Elektrodenzuleitungsdrähte 110a und 110b oder 111a und 111b miteinander
in Kontakt kommen.
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Da
die Elektrodenzuleitungsdrähte 110 und 111 elektrisch
mit Anschlussstiften auf dem Schaltungssubstrat 103 verbunden
werden müssen,
werden die Elektrodenleitungsdrähte
im Allgemeinen keinerlei Behandlung zum Isolierbeschichten oder Ähnlichem
unterzogen. Wenn diese Elektrodenzuleitungsdrähte miteinander in Kontakt
kommen, weisen die Elektrodenzuleitungsdrähte 110 und 111 am
Kontaktpunkt einen Kontaktwiderstand auf. Der Kontaktwiderstandswert ändert sich
in Abhängigkeit
von dem Zustand, in dem Elektrodenleistungsdrähte 110 und 111 in
Kontakt kommen. Wenn die Elektrodenzuleitungsdrähte 110 und 111 in
Kontakt kommen, hängt die
Stromausgangsgröße der Sekundärwicklungen 124 von
dem Wert des Kontaktwiderstandes ab.
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Wenn
der Kontaktzustand der Elektrodenzuleitungsdrähte 110 und 111 ein
kompletter Kurzschluss ist, das heißt der Kontaktwiderstandswert
beträgt
im Wesentlichen 0 Ω,
dann strömt
ein starker Strom von mehreren A von den Sekundärwicklungen 124, so
dass die Drosselspule 121 und die Sekundärwicklungen 124 im
Wesentlichen sofort ausfallen und das Vorschaltgerät seinen
Betrieb einstellt (nachfolgend als „großer Stromausfallmodus" bezeichnet). Wenn
der Kontaktwiderstandswert so ist, dass ein Strom von etwa 3 A durch
die Sekundärwicklung 124 fließt, leuchtet
die Leuchtstofflampe 101 und verbraucht dabei mehrere W
an der Kontaktstelle, und das Vorschaltgerät ist weiterhin in Betrieb.
Mittlerweile erreicht die Temperatur an dem Kontaktpunkt mehrere
Hundert °C,
und das angrenzende Schaltungssubstrat 103, das Gehäuse 104 und Ähnliches
können
möglicherweise übermäßig erhitzt
werden (nachfolgend als „kleiner
Stromausfallmodus" bezeichnet).
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Angesichts
dieser Probleme haben die Erfinder dieser Erfindung festgestellt,
dass diese Probleme vermieden werden können, wenn die Elektrodenzuleitungsdrähte 110a, 110b, 111a und 111b während der
Montage mit einer Isolierröhre
oder Ähnlichem
abgedeckt werden, um zu verhindern, dass der Elektrodenzuleitungsdraht 110a oder 111a mit
dem Elektrodenzuleitungsdraht 110b oder 111b in
Kontakt kommt. Allerdings entstehen da durch neue Probleme, beispielsweise
die zunehmende Anzahl von Produktionsschritten und die Kostenerhöhung infolge der
Isolierröhren.
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Wenn
andererseits versucht wird, die Fehlerzeugnisse allein durch Inspektion
zu erkennen und auszusondern, ohne eine Abdeckung mit den Isolierröhren vorzunehmen,
können
die folgenden Probleme entstehen. Im Falle eines großen Stromausfallmodus
wird ein Erzeugnis bei einer Prüfung
vor Auslieferung als fehlerhaft erkannt, so dass die fehlerhaften Erzeugnisse
nicht auf den Markt kommen. Beim kleinen Stromausfallmodus hingegen
ist es schwierig, ein fehlerhaftes Erzeugnis zu erkennen, so dass
einige Mangelprodukte in den Handel gelangen können. Es ist zwar eine Maßnahme bekannt,
die in diesem unwahrscheinlichen Fall zum Einsatz kommen könnte, aber
natürlich
ist es besser, dieses Problem von vornherein zu verhindern.
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Angesichts
dessen besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der
Schaffung einer Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät und einer
Entladungslampen-Betriebsvorrichtung, mit der auf kostengünstige Art
und Weise das ungewollte Kontaktproblem, das im Montageprozess aller Wahrscheinlichkeit
nach auftritt, verhindert werden kann. Diese Aufgabe wird durch
die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Das
Ausgangsstrom-Begrenzungselement kann mit einem Schaltungselement
ausgebildet sein, das in einen offenen Zustand übergeht, wenn ein Ausgangsstrom
mit einem vorgegebenen Wert oder darüber fließt.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
verfügt
das Ausgangsstrom-Begrenzungselement über ein Schaltungselement,
das in einen offenen Zustand übergeht,
wenn ein Ausgangsstrom von einer Zuführeinrichtung zum Zuführen eines
Vorheizstroms zu der Leuchtstofflampe mit einem vorgegebenen Wert
oder darüber
fließt.
Die Vorheizstrom-Zuführschaltung
enthält
einen Ruhestromkreis zum Zuführen
eines Vorheizstroms zu der Leuchtstofflampe. Das Schaltelement ist
in dem Ruhestromreis angeordnet.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
umfasst der Ruhestromkreis eine Sekundärwicklung eines Induktorelementes,
die als ein Strombegrenzungselement wirkt, mit dem ein Lampenstrom
begrenzt wird, der durch die Leuchtstofflampe fließen soll.
Erfindungsgemäß ist ein
Ausgangsstrom-Begrenzungselement zum Begrenzen eines Ausgangsstroms
von einer Vorheizstrom-Zuführschaltung
in einem Vorschaltgerät
vorgesehen, so dass das Problem ungewollter Kontakte, die mit Wahrscheinlichkeit
während
der Montage entstehen, kostengünstig
vermieden werden kann. Darüber
hinaus wird ein kapazitives oder ein induktives Element als Ausgangsstrom-Begrenzungselement
verwendet, wobei die Impedanz des kapazitiven Elements kleiner ist
als die des Leuchtfadenelements der Leuchtstofflampe, so dass ein
Stromverlust der Ausgangsstrom-Begrenzungseinrichtung im Normalzustand,
in dem sich die Elektrodenzuleitungsdrähte nicht in Kontakt befinden,
verringern lässt.
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1 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Entladungslampen-Betriebsvorrichtung
nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
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2 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Leuchtstofflampe mit eingebautem
Vorschaltgerät nach
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
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3 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Entladungslampen-Betriebsvorrichtung
nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
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4 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel für den
Aufbau einer konventionellen Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät zeigt.
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5A ist
eine Ansicht von oben, die ein Beispiel für den Aufbau einer Leuchtstofflampe
zeigt, wie sie bei Leuchtstofflampen mit eingebautem Vorschaltgerät zur Anwendung
kommt.
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5B ist
eine Seitenansicht, die den Aufbau der Leuchtstofflampe aus 5A zeigt.
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6 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel für den
Aufbau eines konventionellen Hochfrequenz-Wechselrichter-Vorschaltgerätes zeigt.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung führten tiefgehende Forschungen
aus, um das übermäßige Erhitzen
(kleiner Stromausfallmodus) eines Schaltungssubstrates und eines
Gehäuses
kostengünstig zu
verhindern, wenn ein ungewollter Kontakt der Stromelektroden-Zuleitungsdrähte, der
während
des Montageprozesses wahrscheinlich ist, eingetreten ist, und sie
haben festgestellt, dass das Problem des kleinen Stromausfallmodus
gelöst
werden kann, wenn ein Ausgangsstrom-Begrenzungselement zum Begrenzen
eines Ausgangsstroms von einer Vorheizstrom-Zuführschaltung in einem vorgegebenen
Teil eines Vorschaltgerätes
geschaffen wird, was zu der vorliegenden Erfindung führte.
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Nun
werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erfindungsgemäße Ausführungsformen
beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind zum Zwecke der Vereinfachung
der Beschreibung die Komponenten, die im Wesentlichen die gleiche
Funktion haben, mit denselben Ziffern gekennzeichnet. Die vorliegende
Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen begrenzt.
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1 zeigt
den Aufbau einer Schaltung einer Entladungslampen-Betriebsvorrichtung
nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Die
Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach dieser Ausführungsform
umfasst eine Entladungslampe (zum Beispiel eine Leuchtstofflampe) 1 und
ein Vorschaltgerät 50 für den Betrieb
der Entladungslampe. Das Vorschaltgerät 50 verfügt über eine Vorheiz strom-Zuführeinrichtung
(Vorheizstrom-Zuführschaltung) 28,
mit der der Entladungslampe 1 ein Vorheizstrom zugeführt wird,
und eine Ausgangsstrom-Begrenzungseinrichtung (Ausgangsstrom-Begrenzungselement) 14,
mit der der Ausgangsstrom von der Vorheizstrom-Zuführeinrichtung 28 begrenzt wird.
Das Vorschaltgerät 50 ist
so konfiguriert, dass die Entladungslampe 1 gedimmt werden
kann. Konkret hat das Vorschaltgerät 50 einen Regelkreisabschnitt 26,
mit dem die Lichtausgabe der Entladungslampe 1 variiert
wird. Darüber
hinaus kann die Entladungslampen-Betriebsvorrichtung nach dieser
Ausführungsform
als eine Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät 1000 konfiguriert
werden, bei der ein Lampensockel 102 und ein Vorschaltgerät 113,
das elektrisch an den Lampensockel 102 angeschlossen ist,
und eine Entladungslampe 101 als eine Einheit ausgebildet
sind, wie in 2 abgebildet.
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Der
Aufbau der Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät 1000 aus 2 ist
im Grunde identisch mit dem Aufbau aus 6 mit Ausnahme der
Tatsache, dass das Vorschaltgerät 50 auf
dem Schaltungssubstrat 113 ausgebildet ist. Das heißt, der
Aufbau der Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät 1000 aus 2 umfasst
eine Leuchtstofflampe 101, einen Lampensockel 102,
zum Beispiel vom Typ E26 für
Glühlampen,
und ein Schaltungssubstrat 113, wie dies auch auf den Aufbau
aus 6 zutrifft. In dem Schaltungssubstrat 113 sind
die Verdrahtungen für
ein Vorschaltgerät 50 ausgebildet und
Schaltungskomponenten 106 vorhanden. Das Schaltungssubstrat 113 ist
in einem Gehäuse 104 unterbracht,
und der Lampensockel 102 befindet sich in einem Ende des
Gehäuses 104.
Unter dem Gehäuse 104 ist
ein lichtdurchlässiger
Kolben 105 vorgesehen, der den Rand der Leuchtstofflampe 101 umschließt. Die
Leuchtstofflampe 101 hat einen Aufbau wie beispielsweise
jene aus 5.
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Im
Folgenden wird der Aufbau nach dieser Ausführungsform genauer beschrieben.
Die Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät 1000 ist eine
dimmbare Leuchtstofflampe mit eingebautem Vorschaltgerät und, wie
in 1 abgebildet, enthält das Vorschaltgerät 50 zum
Zuführen
von Energie zu der Leuchtstofflampe 1, bei der es sich
um eine Entladungslampe handelt, für die Betriebsfähigkeit
der Leuchtstofflampe 1 eine Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlereinrichtung
(Gleichrichtungs-Schaltungsabschnitt) 22, eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlereinrichtung
(Wechselrichter-Schaltungsabschnitt) 24 und einen Regelkreisabschnitt 26. Über einen
Dimmer 20 ist das Vorschaltgerät 50 an eine Wechselstromquelle 2 angeschlossen.
Günstig ist
es, wenn ein Netzfilter 3 zwischen dem Dimmer 20 und
die Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlereinrichtung 22 eingesetzt
wird. Darüber
hinaus ist ein Schwingkreis (oder Lastkreis) 27 mit Kondensatoren 10 und 11 und
einer Drosselspule 9 zwischen der Gleich strom/Wechselstrom-Wandlereinrichtung 24 und
der Leuchtstofflampe 1 ausgebildet, und eine Vorheizstrom-Zuführschaltung 28 zum
Zuführen
eines Vorheizstroms zu der Leuchtstofflampe 1 ist an die
Leuchtstofflampe 1 angeschlossen.
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Der
Wechselstrom 2 ist ein Strom mit beispielsweise 60 Hz und
100 V. Der Dimmer 20 ist eine Phasenregeleinrichtung zum
Regeln der Phase des Wechselstroms 2 und besteht beispielsweise
aus einem Triak. Als Dimmer 20 kann ein Dimmer für Glühlampen
(zum Beispiel Volumendimmer) verwendet werden. Das Netzfilter 3 wird
von einem Induktanzelement, einem Kondensator und Ähnlichem
gebildet und verhindert, dass hochfrequentes Rauschen in den Wechselstrom 2 gelangt.
Die Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlereinrichtung 22 enthält eine
Gleichrichterschaltung 4 und einen Glättungskondensator 5 und
führt an
einer Wechselspannung, die über
das Netzfilter 3 eingegeben wurde und phasengeregelt worden
ist, eine Gleichrichtung, eine Glättung und eine Umwandlung in
eine Gleichspannung durch.
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Die
Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlereinrichtung (Wechselrichter-Schaltungsabschnitt) 24 wandelt
die Ausgangs-Gleichspannung aus der Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlereinrichtung 22 in eine
Hochfrequenz-Wechselspannung mit beispielsweise 50 kHz um. Die Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlereinrichtung 24 enthält FETs 7 und 8, bei
denen es sich um Schaltelemente handelt, und einen Ansteuerkreis 6 zum
Ansteuern der FETs 7 und 8. Ein Regelkreisabschnitt 26 zum
Regeln der Ansteuerfrequenz der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlereinrichtung
(Wechselrichter-Schaltungsabschnitt) 24 ist an den Ansteuerkreis 6 angeschlossen.
Der Regelkreisabschnitt 26 enthält einen Rechenabschnitt 15 und
einen Regelabschnitt 16. Der Rechenabschnitt 15 berechnet
die Zustände (zum
Beispiel Leitungswinkel, Leitungsperioden oder Integralwerte auf
der Grundlage einer Halbperiode der phasengesteuerten Wechselspannung)
der Wechselspannung, die von dem Dimmer 20 phasengesteuert
wird, und der Regelabschnitt 16 ändert eine Ausgangsgröße von der
Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlereinrichtung 24 ausgehend
von einem Signal, das von dem Rechenabschnitt 15 ausgegeben
wird (d. h. entsprechend dem Ausgangssignalpegel des Rechenabschnitts 15).
Das Signal aus dem Regelabschnitt 16 wird in den Ansteuerkreis 6 eingegeben,
wodurch die Funktionsweise der FETs 7 und 8 geregelt
wird. Diese Regelung kann die Lichtausgabe der Leuchtstofflampe 1 verändern, d.
h. die Leuchtstofflampe 1 kann durch Einstellen des Dimmers 20 gedimmt
werden.
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Es
ist zu beachten, dass der Rechenabschnitt 15 und der Regelabschnitt 16 als
eine Schaltung konfiguriert sein können (z. B. eine Dimmpegel-Erkennungsschaltung
oder eine Phasen-Erkennungsschaltung) und nicht als separate Schaltkreise. Der
Regelab schnitt 16 und der Ansteuerkreis 6 können als
eine Schaltung konfiguriert sein (zum Beispiel als eine Kombination
von zwei Komponenten, einem Wechselrichter-Regelkreis oder einem
FET-Regelkreis). Wenn der Regelkreisabschnitt 26 so konfiguriert
ist, dass er den Wechselrichter-Regelabschnitt 24 auf der
Grundlage eines Integralwertes ausgehend von einer Halbperiode der
phasengesteuerten Wechselspannung (oder im Wesentlichen dem Durchschnittswert
in einer Periode, der aus den Integralwerten ermittelt wird) regelt,
lässt sich
die Lichtausgabe aus der Leuchtstofflampe 1 als Dimmen
einer Glühlampe ändern, allerdings
nicht linear, sondern nichtlinear, so dass die Unnatürlichkeit,
die der Benutzer verspürt,
verringert werden kann.
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Der
Schwingkreis 27, einschließlich der Drosselspule 9 und
der Kondensatoren 10 und 11, ist wie in 1 an
die FETs 7 und 8 in dem Wechselrichter-Schaltungsabschnitt 24 angeschlossen.
Zwischen den Sekundärwicklungen 12 der
Drosselspule 9, die die Einrichtung 28 zum Zuführen eines
Vorheizstroms zu der Leuchtstofflampe 1 bilden, und den Leuchtfadenelektroden 13 der
Leuchtstofflampe 1 befinden sich Ausgangsstrom-Begrenzungseinrichtungen
(Ausgangsstrom-Begrenzungselemente) 14 von den Sekundärwicklungen 12.
Die Abschnitte 31, die sich von den Leuchtfadenelektroden 13 erstrecken,
entsprechen den Elektrodenzuleitungsdrähten 110 und 111 aus 5B.
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Die
Ausgangstrom-Begrenzungseinrichtung (Ausgangsstrom-Begrenzungselement) 14 verfügt über ein
Schaltelement, das in einen offenen Zustand übergeht, wenn ein Ausgangsstrom
von der Zuführeinrichtung 28 zum
Zuführen
eines Vorheizstroms zu der Leuchtstofflampe 1 mit einem
vorgegebenen Wert oder darüber
fließt.
Bevorzugte Beispiele für das
Schaltelement sind ein kapazitives Element oder induktives Element,
und zum Beispiel kann ein Chip-Kondensator verwendet werden. Hierbei
bildet ein Stromwert zu einem Zeitpunkt, an dem das Ausgangsstrom-Begrenzungselement
(zum Beispiel der Chip-Kondensator) 14 ausfällt, so
dass sich die Schaltung öffnet,
den oben beschriebenen „vorgegebenen
Wert". Wie in 1 abgebildet,
enthält
die Vorheizstrom-Zuführschaltung 28 einen
Ruhestromkreis, auf dem die Sekundärwicklungen 12 des
Induktorelementes 9, welches als Strombegrenzungselement
zum Begrenzen des Lampenstroms dient, der durch die Leuchtstofflampe 1 fließt, und
das Ausgangsstrom-Begrenzungselement 14 angeordnet sind.
Das heißt,
das Ausgangsstrom-Begrenzungselement 14 ist auf dem Ruhestromkreis
angeordnet.
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Als
Vorheizstrom-Zuführschaltung 28 kann auch
eine Schaltung verwendet werden, deren Struktur nicht die eines
Ruhestromkreises ist, wie in 1 dargestellt,
jedoch ist es im Falle einer dimmbaren Lampe günstiger, die Vorheizstrom-Zuführschaltung 28 mit
der Struktur eines Ruhestromkreises wie in 1 zu verwenden,
bei dem relativ leicht das Vorheizen erfolgen kann. Der Grund dafür liegt
im Folgenden: Bei Lampen ohne Dimmfunktion werden die Lampen konstant
bei 100% Leistung betrieben, so dass die Lampe relativ einfach in
Betrieb genommen werden kann, ohne dabei stärker das Vorheizen zu berücksichtigen.
Andererseits müssen
dimmbare Lampen beispielsweise bei etwa 30% Leistung (geringe Wattzahl)
funktionieren, so dass das Vorheizen im Vergleich zu Lampen ohne
Dimmfunktion einen wichtigen Aspekt darstellt. Wenn eine Lampe bei
geringer Wattzahl in Betrieb genommen werden soll, wird die Lampenspannung
hoch, so dass die Lebensdauer der Lampe aufgrund der Streuung eines
Emitters in der Elektrode verkürzt
wird. Wenn allerdings das Vorheizen richtig erfolgt, kann das Streuen
des Emitters unterdrückt
werden, so dass sich die Lebensdauer der Lampe verlängern lässt. Unter
den dimmbaren Leuchtstofflampen mit eingebautem Vorschaltgerät müssen Leuchtstofflampen
mit eingebautem Vorschaltgerät,
die in einem sehr großen
Bereich von 5% oder 10% bis 100% gedimmt werden können, mit
höherer
Wahrscheinlichkeit bei geringerer Wattzahl arbeiten als Leuchtstofflampen
mit eingebautem Vorschaltgerät,
die in einem Bereich von 30 oder 40 oder 100% gedimmt werden können, so
dass das Vorheizen von viel größerer technischer
Bedeutung ist. Um das Verfahren dieser Ausführungsform auf Leuchtstofflampen
mit eingebautem Vorschaltgerät anwenden
zu können,
die in einem so großen
Bereich gedimmt werden können,
ist es günstig,
einen Ruhestromkreis wie in 1 für die Vorheizstrom-Zuführschaltung 28 zu
verwenden.
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Als
Nächstes
werden der Betrieb und die Funktion jeder Komponente der Leuchtstofflampe
mit eingebautem Vorschaltgerät 1000 beschrieben.
Wie bereits beschrieben, verhindert das Netzfilter 3, dass hochfrequentes
Rauschen in den Wechselstrom 2 hinausfließt, und
die Gleichrichterschaltung 4 und der Glättungskondensator 5 wandeln
eine Wechselspannung aus dem Wechselstrom 2 in eine Gleichspannung
um. Die FETs 7 und 8 schalten sich als Reaktion
auf ein Signal aus dem Ansteuerkreis 6 ein und aus, wodurch
die Gleichspannung aus dem Glättungskondensator 5 in
eine Hochfrequenz-Wechselspannung
umgewandelt wird. Die Frequenz der Hochfrequenz-Wechselspannung
hängt von
der Frequenz ab, bei der sich die FETs 7 und 8 ein-
und ausschalten, und wird zum Beispiel auf etwa 70 kHz eingestellt.
Der Regelkreisabschnitt 26 regelt den Betrieb des Ansteuerkreises 6 und
somit die Frequenz, bei der die FETs 7 und 8 entsprechend
dem Dimmpegel des Dimmers 20 ein- und ausgeschaltet werden. Die
Funktion des Ansteuerkreises 6 kann durch den Regelabschnitt 16 des
Regelkreisabschnitts 26 ausgeführt werden.
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Die
Drosselspule 9, die Kondensatoren 10 und 11 und
die Leuchtstofflampe 1 bilden einen Lastkreis, der die
Hochfrequenzenergie zu der Leuchtstofflampe 1 leitet, und
der Lampenstrom, der durch die Leuchtstofflampe 1 fließen soll,
wird durch die Drosselspule 9 begrenzt, die ein Strombegrenzungselement
darstellt. Über
eine induzierte Spannung, die durch den Strom erzeugt wird, der
durch die Drosselspule 9 fließt, führen die Sekundärwicklungen 12 den Leuchtfadenelektroden 13 und 109 der
Leuchtstofflampe 1 einen Vorheizstrom zu. Der Chip-Kondensator 14 ist
auf dem Ruhestromkreis angeordnet und führt der Leuchtfadenelektrode 13 einen
Vorheizstrom zu, wobei der Chip-Kondensator 14 aus dieser Ausführungsform
kompakt ist und in den offenen Zustand (Ausfallzustand) übergeht,
wenn ein Ausgangsstrom aus der Sekundärwicklung 12 beispielsweise
1 A oder mehr beträgt.
Darüber
hinaus wird für den
Chip-Kondensator 14 die Kapazität so festgelegt, dass die Impedanz
bei einer Frequenz von 70 kHz für
einen stabilen Betrieb ausreichend kleiner ist als die Impedanz
der Leuchtfadenelektrode 13. Wenn beispielsweise die Impedanz
der Leuchtfadenelektrode 13 bei einer Frequenz von 70 kHz
für einen stabilen
Betrieb 20 Ω beträgt und die
Kapazität
auf etwa 1 μF
eingestellt wird, dann beträgt
die Impedanz des Chip-Kondensators 14 etwa 2 Ω und somit
ist die Impedanz ausreichend kleiner als die der Leuchtfadenelektrode.
Die Bedingungen für
die anderen Schaltungselemente außer dem Chip-Kondensator 14 sehen
beispielsweise wie folgt aus: Drosselspule 9: 1550 μH, Kondensator 10:
5600 pF und Kondensator 11: 0,1 μF.
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Wenn
in diesem Fall die Elektrodenzuleitungsdrähte (siehe 5B)
der Leuchtstofflampe 1 in dem Montageprozess miteinander
in Kontakt kommen, fließt
ein Ausgangsstrom, der über
einem normalen Vorheizstromwert liegt, zum Beispiel ein Strom von
1 A, in Abhängigkeit
von dem Kontaktwiderstandswert an der Kontaktstelle der Elektrodenzuleitungsdrähte durch
die Sekundärwicklung 12 und
den Chip-Kondensator 14. An dieser Stelle ist der Chip-Kondensator 14 nicht
imstande, einen Strom von 1 A kontinuierlich strömen zu lassen, weshalb der
Chip-Kondensator 14 im Wesentlichen sofort in den offenen
Zustand (Ausfallzustand) übergeht.
Somit ist der Ausgangsstrom von der Sekundärwicklung 12 begrenzt
und wird 0 A, so dass der Kontaktpunkt nicht erwärmt wird und das Schaltungssubstrat,
das Gehäuse
und Ähnliches
nicht übermäßig erhitzt
werden. Auf diese Art und Weise wird die Leuchtstofflampe mit eingebautem
Vorschaltgerät,
bei der die Elektrodenzuleitungsdrähte miteinander in Kontakt
sind, defekt, weshalb es möglich
ist, ohne weiteres selbst im kleinen Stromfehlermodus Mängel zu
erkennen.
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Weiterhin
ist im Normalfall, bei dem die Elektrodenzuleitungsdrähte der
Leuchtstofflampe 1 nicht miteinander in Kontakt sind, die
Impedanz des Chip-Kondensators 14 wesentlich kleiner als
die des Leuchtfadenelements 13, so dass der Heizstrom im Wesentlichen
nicht verringert wird. Die Vorheizstrom-Begrenzungseinrichtung ist
ein kapazitives Element (Kondensator) und folglich kommt es kaum zu
einem Stromverlust.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird ein Element zum Begrenzen eines Ausgangsstroms von der Sekundärwicklung,
welche eine Einrichtung zum Zuführen
eines Vorheizstroms ist, die in den offenen Zustand übergeht,
wenn der Ausgangsstrom mit einem vorgegebenen Wert oder mehr fließt, auf
dem Ruhestromkreis zum Zuführen
eines Vorheizstroms zu den Leuchtfadenelektroden 13 der
Leuchtstofflampe 1 geschaffen. Demzufolge wird verhindert, dass
die Elektrodenzuleitungsdrähte
der Leuchtstofflampe 1 während des Montageprozesses
miteinander in Kontakt kommen, und es kann eine Wärmeerzeugung
vermieden werden, durch die verhindert wird, dass das Schaltungssubstrat,
das Gehäuse
und Ähnliches
zu stark erhitzt werden. Zudem ist die Ausgangsstrom-Begrenzungseinrichtung
ein kapazitives Element (Kondensator), so dass im Normalfall, wenn die
Elektrodenzuleitungsdrähte
der Leuchtstofflampe 1 nicht miteinander in Kontakt sind,
ein zusätzlicher Stromverlust
kaum auftritt.
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Bei
dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
beträgt
die Betriebsfrequenz 70 kHz, doch es können auch andere Frequenzen
genutzt werden. Im Allgemeinen wird sie auf etwa 50 bis 100 kHz
eingestellt. Es wird davon ausgegangen, dass der Chip-Kondensator, bei
dem es sich um ein Ausgangsstrom-Begrenzungselement handelt, in
den offenen Zustand übergeht,
wenn ein Strom von 1 A fließt,
doch dieser offene Zustand kann auch bei anderen Stromwerten erreicht
werden. Der Chip-Kondensator wird als das Ausgangsstrom-Begrenzungselement
eingesetzt, es können
aber auch andere Elemente verwendet werden, solange sie sich öffnen, wenn
der Ausgangsstrom mit einem vorgegebenen Stromwert und darüber fließt. Zum
Beispiel kann ein Chip-Widerstand,
eine Chip-Induktionsspule oder dergleichen verwendet werden. Allerdings
ist es notwendig, den Stromverlust zu berücksichtigen, wenn ein Chip-Widerstand
verwendet wird, so dass es günstiger
ist, ein kapazitives Element oder ein induktives Element als Vorheizstrom-Begrenzungselement einzusetzen.
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Darüber hinaus
wurden bei der obigen Ausführungsform
dimmbare Leuchtstofflampen mit eingebautem Vorschaltgerät als Entladungslampen-Betriebsvorrichtungen
beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese
begrenzt. Die Erfindung ist vorteilhaft bei Leuchtstofflampen mit
eingebautem Vorschaltgerät 51 ohne
Dimmfunktion und einer Leuchtstofflampe 1, wie in 3 abgebildet.
Dies liegt darin begründet,
dass das Problem eines kleinen Stromausfalls ungeachtet der Dimmfunktion
auftritt. Die Häufigkeit
von ungewollten Kontakten der Elektrodenzuleitungsdrähte während der
Montage ist bei kompakteren Lampen, wie den Leuchtstofflampen mit
eingebautem Vorschaltgerät,
höher. 3 zeigt
den Aufbau, bei dem der Regelkreisabschnitt 26 und der
Dimmer 20 aus 1 nicht vorhanden sind.
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Sowohl
bei einem kompakten als auch einem nicht kompakten Lampenaufbau
kann beim automatischen Befestigen der Elektrodenzuleitungsdrähte, zum
Beispiel mittels einer Maschine, falls die Elektrodenzuleitungsdrähte lose
sind, diese lose Position das Problem eines kleinen Stromausfallmodus
hervorrufen. Wie oben beschrieben, ist es nicht leicht, den kleinen
Stromausfallmodus zu erkennen, so dass das Verfahren nach der vorliegenden
Ausführungsform
ein wirkungsvoller Ansatz zur Lösung
des Problems des kleinen Stromausfallmodus bei Leuchtstofflampen
mit eingebautem Vorschaltgerät und
auch bei normalen Entladungslampen-Betriebsvorrichtungen ist.