DE69113461T2 - SOLAR POWERED LAMP. - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Treiberschaltungen.The invention relates to driver circuits.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Treiberschaltung zur Verwendung bei der Steuerung einer solarzellengetriebenen Lampe. Diese Lampen werden für sämtliche Arten von Beleuchtungszwecken verwendet, insbesondere für Außenbeleuchtungen um Wohnanlagen. Die Lampen sind derart ausgelegt, daß sie durch wiederaufladbare Batterien betrieben werden, welche mit Solarzellenplatten versehen sind, so daß sie vorwiegend oder gänzlich von der Versorgung mit durch die Solarzellen während der Tageslichtzeiten erzeugtem Ladestrom abhängig sind.The invention particularly relates to a driver circuit for use in controlling a solar cell powered lamp. These lamps are used for all types of lighting purposes, in particular for outdoor lighting around residential complexes. The lamps are designed to be powered by rechargeable batteries which are provided with solar cell panels so that they are mainly or entirely dependent on the supply of charging current generated by the solar cells during daylight hours.
Im allgemeinen wird eine Fluoreszenzröhre oder -Lampe verwendet und über einen elektronischen Vorschaltwiderstand getrieben. Die Batterieenergie wird als Hochfrequenz-/Hochspannungs-Leistungsquelle verwendet, die zwischen die beiden Anschlüsse der Lampe geschaltet ist. Der Vorschaltwiderstand besteht aus einem Mehrphasen-Transformator mit einem selbsterregten Oszillator.Generally, a fluorescent tube or lamp is used and driven through an electronic ballast resistor. Battery energy is used as a high frequency/high voltage power source connected between the two terminals of the lamp. The ballast resistor consists of a multiphase transformer with a self-excited oscillator.
FR-A-2561483 und GB-A-2053592 offenbaren Lampen, die von einer Solarzelle und einem Oszillator getrieben sind und ein Heizelement zum Erwärmen der Lampe verwenden. EP-A-0 429 716 (die unter den Artikel 54(3) EPÜ fällt) offenbart eine Lampentreiberschaltung mit einem Oszillator, einem Transformator und einem Schalter zum Steuern der Leistungsversorgung eines der Elemente; die Schaltung ist derart angeordnet, daß sie das Anlegen von Leistung an die Lampe beim Betriebsbeginn verzögert, um ein Vorwärmen des Glülifadens der Lampe zu ermöglichen.FR-A-2561483 and GB-A-2053592 disclose lamps driven by a solar cell and an oscillator and using a heating element to heat the lamp. EP-A-0 429 716 (which falls under Article 54(3) EPC) discloses a lamp driver circuit comprising an oscillator, a transformer and a switch for controlling the power supply to one of the elements; the circuit is arranged to delay the application of power to the lamp at the start of operation to allow preheating of the filament of the lamp.
Gegenwärtig sind bekannte oder vorgeschlagene Lampen dieser Art relativ ineffizient hinsichtlich des Energieverbrauchs und die Lebensdauer der Lampe ist meist durch unzureichende Steuerung der Versorgung der Lampe begrenzt.Currently known or proposed lamps of this type are relatively inefficient in terms of energy consumption and the lamp life is mostly limited by inadequate control of the lamp supply.
Erfindungsgemäß ist eine Lampentreiberschaltung zum Verbinden einer Solarzellen und eine Batterie aufweisenden Batterie-Leistungsquelle mit den Anschlüssen einer Fluoreszenzlampe vorgesehen, die einen Oszillator und einen zum Liefern von Hochfrequenzenergie über die Anschlüsse vorgesehenen Aufwärtstransformator aufweist, sowie einen Schalter, der zum Steuern der Vorheizenergiezufuhr zu dem Glühfaden der Lampe geschaltet ist, und eine Abtastschaltung zum Überwachen des Betriebszustandes der Lampe, wobei die Schaltung zum Steuern des Schalters derart ausgebildet ist, daß sie den Schalter einschaltet, wenn sich die Betriebsbedingung der Lampe auf eine vorbestimmte Bedingung verschlechtert.According to the invention, there is provided a lamp driving circuit for connecting a battery power source comprising solar cells and a battery to the terminals of a fluorescent lamp having an oscillator and a step-up transformer provided for supplying high frequency energy across the terminals, as well as a switch connected for controlling the preheating energy supply to the filament of the lamp, and a sensing circuit for monitoring the operating state of the lamp, the circuit for controlling the switch being arranged to turn on the switch when the operating condition of the lamp deteriorates to a predetermined condition.
Die Schaltung kann einen Zeitgeber zum Steuern des Schalters aufweisen, wobei die Schaltung derart ausgebildet ist, daß zum Einschalten der Lampe bei Betriebsbeginn das Anlegen der vom Transformator kommenden Hauptbetriebsleistung verzögert wird, um das Vorwärmen des Glühfadens der Lampe zu ermöglichen, und wobei der Zeitgeber den Schalter derart steuert, daß dieser so lange geschlossen bleibt, bis die Lampe für wenigstens wenige Sekunden eingeschaltet ist.The circuit may comprise a timer for controlling the switch, the circuit being arranged such that, in order to switch on the lamp at the start of operation, the application of the main operating power from the transformer is delayed in order to enable the filament of the lamp to be preheated, and the timer controlling the switch so that it remains closed until the lamp has been switched on for at least a few seconds.
Das Oszillatorausgangssignal kann, nachdem die Lampe für einige Sekunden eingeschaltet ist, von einem hohen Startpegel auf einen vorbestimmten Betriebspegel verringert werden.The oscillator output signal can be reduced from a high start-up level to a predetermined operating level after the lamp has been switched on for a few seconds.
Die Schaltung kann einen manuell einstellbaren Stromregler zur Veränderung der Helligkeit der Lampe beim Gebrauch aufweisen.The circuit may include a manually adjustable current regulator to vary the brightness of the lamp during use.
Die Abtastschaltung kann derart ausgebildet sein, daß sie das Oszillatorausgangssignal erhöht, wenn sich die Betriebsbedingung der Lampe auf die vorbestimmte Bedingung verschlechtert.The sampling circuit may be arranged to increase the oscillator output signal when the operating condition of the lamp deteriorates to the predetermined condition.
Die erfindungsgemäße Lampentreiberschaltung wird im folgenden unter Bezugnahme der zugehörigen Zeichnung beschrieben, die das Schaltdiagramm zeigt.The lamp driving circuit according to the invention is described below with reference to the accompanying drawing which shows the circuit diagram.
Wie in der Zeichnung gezeigt, besteht die Schaltung aus den Blöcken A,B,C und D. Allgemein gesagt ist der Block A eine Batteriezustandserkennungsschaltung, die der Steuerung der Zufuhr von Leistung an die Lampe dient, derart, daß eine Verwendung der Batterie verhindert wird, wenn die Ladung zu gering ist. Block B ist eine Schaltung, die die Außenlichtverhältnisse überwacht, um die Leistungszufuhr entsprechend zu beeinflussen. Block C ist der Hauptteil der Lampentreiberschaltung und Block D ist im Grunde eine Ladeschaltung, weist jedoch die Batterie und eine Solarzellenplatte aufAs shown in the drawing, the circuit consists of blocks A, B, C and D. Generally speaking, block A is a battery condition detection circuit which serves to control the supply of power to the lamp so that use of the battery is prevented when the charge is too low. Block B is a circuit which monitors the outside light conditions to influence the power supply accordingly. Block C is the main part of the lamp driver circuit and block D is basically a charging circuit but has the battery and a solar cell panel
Die Schaltungen werden im folgenden genauer beschrieben, wobei der Block A einen Spannungskomparator U1B mit einem Widerstand R20 aufweist, der mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist, um die Ausgangsspannung aufrechtzuhalten. Die Gatter U3C und U3D bilden eine Halteschaltung. Die Ausgangsspannung des Zwischenspeichers an U3C wird durch eine Ausgangsspannung von Block B high gesetzt (siehe unten). Das Batteriespannungsabtastnetzwerk besteht aus den Widerständen R21 und R22, der Diode D11 und dem Kondensator C11. Die Eingangsschwellenspannung des Abtastnetzwerks wird nach dem Einschalten durch einen Rückkopplungswiderstand R24 verringert. Das Master-Referenznetzwerk besteht aus dem Widerstand R23 und einer Licht emittierenden Diode LED1 (die einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist). Die Diode D11 kompensiert thermische Aloweichungen der LED1 und ein Kondensator C11 dient dem Herausfiltem von Rauschen.The circuits are described in more detail below, with block A comprising a voltage comparator U1B with a resistor R20 connected to the output of the comparator to maintain the output voltage. Gates U3C and U3D form a holding circuit. The output voltage of the latch at U3C is set high by an output voltage from block B (see below). The battery voltage sensing network consists of resistors R21 and R22, diode D11 and capacitor C11. The input threshold voltage of the sensing network is reduced after power-up by a feedback resistor R24. The master reference network consists of resistor R23 and a light emitting diode LED1 (which has a negative temperature coefficient). Diode D11 compensates for thermal variations of LED1 and capacitor C11 is used to filter out noise.
Wenn die abgetastete Spannung unter der Master-Referenz liegt, wird das Ausgangssignal des Komparators U1B low und setzt die Ausgangsspannung des Zwischenspeichers auf low. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung des NAND-Gatters U3A high, wodurch, wie im folgenden beschrieben, ein Abschalten der Lampe bewirkt wird. Der Widerstand 24 erhöht die Empfindlichkeit des Batterieabtastnetzwerks.When the sampled voltage is below the master reference, the output of comparator U1B goes low, forcing the output voltage of the latch low. As a result, the output voltage of NAND gate U3A goes high, causing the lamp to turn off, as described below. Resistor 24 increases the sensitivity of the battery sensing network.
Eine Halteschaltung besteht aus den Dioden D4 und D7, einem Widerstand R34 und einem Kondensator C3. Wenn die Diode D4 in Durchlaßrichtung vorgespannt und von dem Block C versorgt ist (siehe unten), lädt sich der Kondensator C3 beinahe augenblicklich voll auf Die Diode D7 wird ihrerseits in Durchlaßrichtung vorgespannt und legt eine Spannung an, um die Eingangsspannung des Komparators U1B über den Komparator U3C zu erhöhen. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung des Komparators U1B high gehalten. Anders ausgedrückt ist der Komparator U1B gesperrt. Er bleibt gesperrt, bis die Versorgung durch den Block C aufgehoben wird. Dann entlädt sich der Kondensator C3 durch den Widerstand R24 bis die Diode D7 gesperrt und der Komparator U1B dann erneut freigegeben ist, um seinen normalen Betrieb fortzuführen. Die Halteschaltung ist derart ausgebildet, daß sie den Komparator U1B sperrt, bevor die Lampe sich stabilisiert sowie für ungefähr 0,5 Sekunden danach.A holding circuit consists of diodes D4 and D7, a resistor R34 and a capacitor C3. When diode D4 is forward biased and supplied by block C (see below), capacitor C3 is almost instantly fully charged. Diode D7 is in turn forward biased and applies a voltage to increase the input voltage of comparator U1B through comparator U3C. As a result, the output voltage of comparator U1B is held high. In other words, comparator U1B is disabled. It remains disabled until the supply from block C is removed. Then capacitor C3 discharges through resistor R24 until diode D7 is disabled and comparator U1B is then enabled again to continue its normal operation. The hold circuit is designed to disable comparator U1B before the lamp stabilizes and for approximately 0.5 seconds thereafter.
Im Block B ist die Schaltung zum Überwachen der Lichtstärke der Umgebung und zum Abschalten der Lampe ausgebildet, wenn die Lichtstärke einen bestimmten Pegel überschreitet. Der Eingang eines Spannungskomparators U1A mit einer Hysterese- Schleife aus einem Widerstand R30 ist zwischen den Widerständen R25 und R28 angeschlossen. Diese Widerstände teilen die Ausgangsspannung der Diode LED1, um eine geringere Referenzspannung an den Komparator U1A zu liefern. Die Spannung über eine Solarzelle (siehe Block D) ist proportional zur Lichtstärke und diese Spannung wird über eine Diode D durch einen Widerstand D29 angelegt. Die Diode D9 ist stets in Durchlaßrichtung vorgespannt, es sei denn bei großer Dunkelheit. Wenn die Spannung über den Widerstand D29 höher als die Referenzspannung am Komparator U1A ist, wird seine Ausgangsspannung low. Sodann entlädt sich der Kondensator C8 allmählich durch einen Widerstand R19, bis die Zwischenspeicherschaltung rückgesetzt ist. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung des NAND-Gatters U3A high und bewirkt ein Abschalten der Lampe.In block B, the circuit is designed to monitor the ambient light level and to switch off the lamp when the light level exceeds a certain level. The input of a voltage comparator U1A with a hysteresis loop consisting of a resistor R30 is connected between resistors R25 and R28. These resistors divide the output voltage of the diode LED1 to provide a lower reference voltage to the comparator U1A. The voltage across a solar cell (see block D) is proportional to the light level and this voltage is applied across a diode D through a resistor D29. The diode D9 is always forward biased except in very dark conditions. When the voltage across resistor D29 is higher than the reference voltage on the comparator U1A, its output voltage becomes low. Then the capacitor C8 gradually discharges through a resistor R19 until the latch circuit is reset. As a result, the output voltage of the NAND gate U3A becomes high and causes the lamp to switch off.
Wenn im Gegensatz dazu die Spannung über den Widerstand D29 geringer als die Referenzspannung am Knotenpunkt zwischen den Widerständen R25 und R28 ist, wird die Ausgangsspannung am Komparator U1A high und der Kondensator C8 wird über den Widerstand R13 und die Diode D12 schnell geladen. Infolgedessen wird der mit Block B verbundene Eingang high. Wenn die Ausgangsspannung der Zwischenspeicherschaltung ebenfalls high ist, wird die Ausgangsspannung des NAND-Gatters U3A low, so daß die Lampe eingeschaltet wird.In contrast, if the voltage across resistor D29 is less than the reference voltage at the junction between resistors R25 and R28, the output voltage at comparator U1A becomes high and capacitor C8 is rapidly charged via resistor R13 and diode D12. As a result, the input connected to block B becomes high. If the output voltage of the latch circuit is also high, the output voltage of NAND gate U3A becomes low, so that the lamp is turned on.
Es ist ersichtlich, daß die Zeitverzögerung durch den Widerstand R19 und den Kondensator C8 eine Reaktion der Schaltung auf vorübergehende Lichtveränderungen, beispielsweise durch in der Nähe der Lampe befindliche Auto-Scheinwerfer, verhindert. Es ist ferner ersichtlich, daß die Schaltung auf die Spannung über die Solarzelle reagiert und keine separate Lichtstärke-Meßeinrichtung oder dergleichen erfordert oder verwendet.It can be seen that the time delay provided by resistor R19 and capacitor C8 prevents the circuit from reacting to temporary changes in light, such as those caused by car headlights near the lamp. It can also be seen that the circuit reacts to the voltage across the solar cell and does not require or use a separate light intensity measuring device or the like.
In Block C empfängt das Gatter U3B Startsignale vom Block A, um die Lampe einzuschalten. Eine Startverzögerungsschaltung besteht aus einem Widerstand R9, einem Kondensator C4 und einer Diode D2.Typischerweise bewirkt die Verzögerungsschaltung eine Startverzögerung von 10 Sekunden. Jedoch kann die Lampe durch Einbeziehung der Diode D2 sofort abgeschaltet werden. Ein retriggerbarer Zeitgeber besteht aus einem Widerstand R16 und einem Kondensator C5. Beim Empfang eines Startsignals wird die Ausgangsspannung eines Inverters U2B low und die Ausgangsspannung eines Inverters U2D schaltet einen Transistor Q2 ein. Zur gleichen Zeit beginnt der Kondensator C3, sich über die Diode D4 aufzuladen (siehe Block A) und der Kondensator C5 lädt sich über den Widerstand R16 auf Demzufolge fließt Strom über den Transistor Q2, der als Schalter zum Ein- und Ausschalten des Stroms wirkt, durch eines der Lampenelemente, um das Element aufzuheizen. Die Ausgangsspannung des Inverters U2C sperrt zu diesem Zeitpunkt die Batteriezustandserkennungsschaltung (Block A) und erhöht die Leistung, die die Lampentreiberschaltung liefern kann auf das Maximum. Die Sperrung ist zeitlich auf ungefähr das Doppelte der Startverzögerung bemessen, so daß der Fadenstrom durch den Transistor Q2 angelegt wird, wenn die Lampe ausgeschaltet ist, und für einen ausreichend langen Zeitraum, erhalten bleibt, bis die Lampe nach dem Einschalten mit hoher Kapazität arbeitet. Am Ende der Zeitspanne wird der Transistor Q2 abgeschaltet und die der Lampe zugeführte Leistung wird auf eine optimale Einstellung unterhalb eine Starteinstellung geregelt.In block C, gate U3B receives start signals from block A to turn on the lamp. A start delay circuit consists of a resistor R9, a capacitor C4, and a diode D2. Typically, the delay circuit provides a start delay of 10 seconds. However, by including diode D2, the lamp can be turned off immediately. A retriggerable timer consists of a resistor R16 and a capacitor C5. Upon receiving a start signal, the output voltage of an inverter U2B goes low and the output voltage of an inverter U2D turns on a transistor Q2. At the same time, capacitor C3 begins to charge through diode D4 (see block A) and capacitor C5 charges through resistor R16. Consequently, current flows through transistor Q2, which acts as a switch to turn the current on and off, through one of the lamp elements to heat the element. The output voltage of the inverter U2C at this time blocks the battery state detection circuit (block A) and increases the power that the lamp driver circuit delivers can be set to the maximum. The blocking is timed to be approximately twice the start delay so that the filament current is applied through transistor Q2 when the lamp is off and is maintained for a period long enough for the lamp to operate at high capacity after being turned on. At the end of the time period, transistor Q2 is turned off and the power supplied to the lamp is regulated to an optimum setting below a start setting.
Ein Abtastnetzwerk, bestehend aus den Widerständen R4 und R5, überwacht die in die Lampe induzierte Rück-EMK (e.m.f.: elekiromotorische Kraft) Eine geringe Rück- EMK gibt an, daß die Lampe sich stabil im sekundären Durchbruchsbereich befindet. Eine hohe Rück-EMK gibt an, daß die Lampe instabil arbeitet. Ein Inverter U2E ist mit dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R4 und R5 verbunden. Steigt die Spannung an dem Knotenpunkt über einen vorbestimmten Schwellenwert, der einem instabilen Lampenbetrieb entspricht, d.h. einem sich zu einem vorbestimmten Zustand hin verschlechtemden Betriebszustand der Lampe, wird die Ausgangsspannung des Inverters U2E low, so daß der retriggerbare Zeitgeber und der Transistor Q2 sofort emgeschaltet werden. Somit wird eine Neustart-Bedingung wiederholt, wobei die der Lampe zugeführte Leistung erhöht und Strom an einen der Lampenglübfäden angelegt wird.A sensing network consisting of resistors R4 and R5 monitors the back emf (e.m.f.: electromotive force) induced in the lamp. A low back emf indicates that the lamp is stable in the secondary breakdown region. A high back emf indicates that the lamp is operating unstably. An inverter U2E is connected to the node between resistors R4 and R5. If the voltage at the node rises above a predetermined threshold corresponding to unstable lamp operation, i.e. a deteriorating lamp operating condition, the output voltage of inverter U2E becomes low, so that the retriggerable timer and transistor Q2 are immediately turned on. Thus, a restart condition is repeated, increasing the power supplied to the lamp and applying current to one of the lamp filaments.
Das Abtastnetzwerk versucht automatisch, die Lampe in einem stabilen arbeitenden sekundären Durchbruchszustand zu halten; wenn die Lampe unter instabilen Bedingungen arbeitet, wird die Lebensdauer der Lampe dadurch erheblich gekürzt.The sensing network automatically attempts to maintain the lamp in a stable operating secondary breakdown state; if the lamp operates under unstable conditions, the lamp life will be significantly reduced.
Die Hauptleistung wird der Lampe über einen Rückkopplungs-Oszillator zugeführt, der im Grunde aus den Verstärkern U1D und U1C und dem Inverter U2F, einem MOSFET Q1 und einem Widerstand R18 besteht. Der Oszillator konvertiert den von der Batterie kommenden Gleichstrom mittels eines Aufwärts-Impulstransformators T1 in einen energiereichen Hochfrequenzstrom. Schwankungen können unterbunden werden, indem die Versorgung über einen Inverter U2A und ein Vorspannungsnetzwerk erfolgt, das aus den Widerständen R1, R10 und R6 sowie einem Kondensator C2 besteht. Die Arbeitszyklen/Tastverhältnisse werden durch den Gleichstromeingangspegel des Verstärkers U1D bestimmt, der über ein Netzwerk geliefert wird, das aus den Widerständen R31,R32, R7 und R8 sowie einem Kondensator C6 besteht. Die Zeitkonstante des Oszillators wird durch ein Filter bestimmt, das aus einem Widerstand R17 und einem Kondensator C10 besteht. Ein hoher Gleichstromeingangspegel oder eine größere Kapazitanz des Kondensators C10 führt zu einem längeren EIN-Zyklus,oder umgekehrt. Der AUS-Arbeitszyklus wird durch die Zeit bestimmt, die der Kondensator C1 benötigt, um sich in dem die Widerstände R2 und R3 enthaltenden Netzwerk von VSS auf 1/3 VDD aufzuladen.The main power is supplied to the lamp via a feedback oscillator, which basically consists of the amplifiers U1D and U1C and the inverter U2F, a MOSFET Q1 and a resistor R18. The oscillator converts the direct current coming from the battery into a high-energy high-frequency current using a step-up pulse transformer T1. Fluctuations can be prevented, by supplying the power through an inverter U2A and a bias network consisting of resistors R1, R10 and R6 and a capacitor C2. The duty cycles are determined by the DC input level of the amplifier U1D, which is supplied through a network consisting of resistors R31, R32, R7 and R8 and a capacitor C6. The time constant of the oscillator is determined by a filter consisting of a resistor R17 and a capacitor C10. A high DC input level or a larger capacitance of the capacitor C10 results in a longer ON cycle, or vice versa. The OFF duty cycle is determined by the time it takes for the capacitor C1 to charge from VSS to 1/3 VDD in the network containing resistors R2 and R3.
Ein manueller Schalter zum Verändern der Lichtstärke der Lampe ist über einen Widerstand R31 verbunden. Wenn der Schalter geschlossen wird, wird der Gleichstromeingangspegel des Verstärkers U1D erhöht. Wenn die Diode D3 infolge des High-Pegels der Ausgangsspannung des Inverters U2C in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, führt dies zu einem Anstieg auf das Dreifache des Normalen, wobei dieser Zustand, wie bereits erwähnt, während des Betriebsbeginns und beim Erkennen instabiler Betriebsbedingungen auftritt. Wenn der Schalter derart positioniert ist, daß er den Widerstand R31 umgeht, erfolgt eine Zunahme um ungefähr 20%.A manual switch for varying the intensity of the lamp is connected across a resistor R31. When the switch is closed, the DC input level of the amplifier U1D is increased. When the diode D3 is forward biased as a result of the high level of the output voltage of the inverter U2C, this results in an increase of three times the normal, which condition, as already mentioned, occurs during the start-up of operation and when unstable operating conditions are detected. When the switch is positioned to bypass the resistor R31, an increase of approximately 20% occurs.
Die Spannung über den Widerstand R18 ist proportional zum Source-Strom des MOSFET, der der Lampe über den Transformator T1 zugeführt wird. Der Strom wird an ein Tiefpaßfilter, bestehend aus einem Widerstand R17 und Kondensator C10, weitergeleitet, um die Hochfrequenzkomponente des Schaltstroms herauszulösen. Die Ausgangsspannung des Tietpaßfilters liefert eine Eingangsspannung an den Verstärker U1D, um die EIN-Zyklen aufrechtzuhalten.The voltage across resistor R18 is proportional to the source current of the MOSFET, which is supplied to the lamp via transformer T1. The current is passed to a low-pass filter consisting of a resistor R17 and capacitor C10, to remove the high frequency component of the switching current. The output voltage of the low-pass filter provides an input voltage to the amplifier U1D to maintain the ON cycles.
Der Betriebsbeginn des Oszillators läuft wie folgt ab:The oscillator starts operating as follows:
Sobald die Zeitsverzögerungspannen der Startverzögerungsschaltung und des retriggerbaren Zeitgeber abgelaufen sind, wird die Ausgangsspannung des Inverters U2A low. Die Spannung über den Widerstand R18 ist anfangs null und wird dem Verstärker U1D zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers U1D beträgt zu diesem Zeitpunkt 1/2 VDD; die Spannungen über die Widerstände R1 und R2 sind gleich und die Ausgangsspannung des Verstärkers U2F ist low. Daher ist die Ausgangsspannung des Inverters U2F high und schaltet dadurch den MOSFET Q1 ein. Der sodann an den Widerstand R18 angelegte Strom nimmt daher infolge der Induktanz des Transformators T1 zu. Wenn die Spannung über den Widerstand R18 höher als der Nicht-Invertier-Wert des Verstärkers U1D ist, geht die Ausgangsspannung auf low und der Kondensator C1 entlädt sich, die Ausgangsspannung des Verstärkers U1C wird high, die Ausgangsspannung des Inverters U2F wird low und der MOSFET Q1 schaltet aus. Der Strom zum Widerstand R18 ist gesperrt und damit wird die Ausgangsspannung des Verstärkers U1D high. Der Kondensator C1 lädt sich auf, bis er 1/3 VDD erreicht und über dem Nicht-Invertier-Eingangspegel des Verstärkers U1C liegt, so daß die Ausgangsspannung des Verstärkers U1c low wird. Der MOSFET schaltet daraufhin wieder ein und der Zyklus wird wiederholt, bis der Nicht-Invertier-Eingangspegel des Verstärkers U1C auf 2/3 VDD gestiegen ist. Der Oszillator ist derart ausgebildet, daß er stabile Schwingungen bei ungefähr 24 bis 33 kHz erreicht.Once the time delay periods of the start delay circuit and the retriggerable timer have expired, the output voltage of inverter U2A goes low. The voltage across resistor R18 is initially zero and is fed to amplifier U1D. The output voltage of amplifier U1D at this time is 1/2 VDD; the voltages across resistors R1 and R2 are equal and the output voltage of amplifier U2F is low. Therefore, the output voltage of inverter U2F is high, thereby turning on MOSFET Q1. The current then applied to resistor R18 therefore increases due to the inductance of transformer T1. When the voltage across resistor R18 is higher than the non-inverting level of amplifier U1D, the output voltage goes low and capacitor C1 discharges, the output voltage of amplifier U1C goes high, the output voltage of inverter U2F goes low and MOSFET Q1 turns off. Current to resistor R18 is blocked and the output voltage of amplifier U1D goes high. Capacitor C1 charges until it reaches 1/3 VDD and is above the non-inverting input level of amplifier U1C, so that the output voltage of amplifier U1c goes low. The MOSFET then turns on again and the cycle is repeated until the non-inverting input level of amplifier U1C has risen to 2/3 VDD. The oscillator is designed to achieve stable oscillations at approximately 24 to 33 kHz.
Ein MOSFET dient der Gewährleistung einer schnellen Schaltzeit für den der Lampe zugeführten Strom. Um ein schnelles Schalten sicherzustellen, ist die Versorgung des Inverters U2F von der Batteriespannung durch eine Diode D6 getrennt. Beim Betriebsbeginn des Oszillators ist die Diode D6 in Durchlaßrichtung vorgespannt und die an den Inverter U2F angelegte Spannung ist 0,6 Volt geringer als die dem Inverter U2C zugeführte Spannung. Jedoch lädt sich der Kondensator C7 durch die in den Transformator T1 induzierte Rück-EMK allmählich über eine Diode D5 und einen Widerstand R11 auf Demzufolge ist die dem Inverter U2F zugeführte Spannung ungefähr 2 Volt höher als die an den Verstärker U1C angelegte Spannung. Ein an den MOSFET Q1 angelegter höherer VDD-Pegel flihrt zu einer Beschleunigung der Reaktionszeit und somit zu einer Verbesserung der Effizienz des Betriebs mit dem Hochfrequenzimpulstransformator.A MOSFET is used to ensure a fast switching time for the current supplied to the lamp. To ensure fast switching, the supply to the inverter U2F is separated from the battery voltage by a diode D6. When the oscillator starts operating, the diode D6 is forward biased and the voltage applied to the inverter U2F is 0.6 volts less than the voltage supplied to the inverter U2C. However, the capacitor C7 gradually charges via a diode D5 and a resistor R11 due to the back EMF induced in the transformer T1. As a result, the voltage supplied to the inverter U2F is approximately 2 Volts higher than the voltage applied to amplifier U1C. A higher VDD level applied to MOSFET Q1 results in an acceleration of the response time and thus an improvement in the efficiency of the operation with the high frequency pulse transformer.
Es ist ersichtlich, daß jegliche Hochfrequenzspitze, die beim Betrieb der Lampe insbesondere während der frühen Phasen nach dem Betriebsbeginn entstehen und in der Rück-EMK auftreten, zum Aufladen des Kondensators C7 verwendet wird, um die Betriebseffizienz zu verbessern.It can be seen that any high frequency spike that occurs during operation of the lamp, especially during the early stages after start-up and in the back EMF, is used to charge the capacitor C7 to improve the operating efficiency.
Im Block D ermöglicht es eine Schottky-Diode D8 der Solarzelle BT2, aufgrund ihrer Durchlaßspannungsabfallcharakteristiken eine Batterie DT1 mit minimalem Verlust zu laden. Die Diode D8 blockiert jede Batterieentladung zur Lichtstärkeerkennungsschaltung des Blocks B.In block D, a Schottky diode D8 allows the solar cell BT2 to charge a battery DT1 with minimal loss due to its forward voltage drop characteristics. The diode D8 blocks any battery discharge to the light intensity detection circuit of block B.
Eine externe Ladeschaltung, bestehend aus den Widerständen R14 und R15, einer Diode D10 und einer Zener-Diode ZD1 ermöglichen ein Wiederaufladen der Solar- Lampe über einen Adapter für externe Leistung. Die Widerstände R14 und R15 begrenzen den Ladestrom und die Zener-Diode ZD1 schützt die Batterie vor Überladung. Die Diode D10 verhindert eine Entladung der Batterie über den externen Adapter.An external charging circuit consisting of resistors R14 and R15, a diode D10 and a Zener diode ZD1 allows the solar lamp to be recharged via an adapter for external power. The resistors R14 and R15 limit the charging current and the Zener diode ZD1 protects the battery from overcharging. The diode D10 prevents the battery from discharging via the external adapter.
Die beschriebene Anordnung schafft somit beim Einscha[ten eine Verzögerung, um ein Vorwärmen des Lampenglühfadens zu ermöglichen. Ein Glühfadenstrom kann während des Betriebs auch lange nach dem Betriebsbeginn angelegt werden, wenn sich die Lampenbetriebsbedingungen verschlechtern, um so zu verhindern, daß die Lampe über zu lange Zeit mit einem zu schwachen Strom oder instabil arbeitet, was zu einer Verringerung der Lebensdauer der Lampe führen würde. Obwohl die beschriebene Schaltung fortgeschrittener als gegenwärtig verwendete vergleichbare Treiberschaltungen für Solar-Lampen und damit auch etwas kostspieliger ist, bringt die Verwendung der Schaltung nicht nur eine erheblich längere Lebensdauer der Lampe mit sich, sondern auch einen geringeren Energieverbrauch. Die Lampe kann mit optimaler Nennleistung betrieben werden, wo ein sekundärer Durchbruch erfolgt, und da die Lampenbetriebsbedingungen kontinuierlich automatisch überwacht und gegebenenfalls automatisch eingestellt werden, ist keine kontinuierlich vorhandene Zusatzleistung für unvorhersehbare Schwamgen erforderlich. Anders ausgedrückt muß die Lampe nicht mit zu hoher Leistung versehen sein, nur um den widrigsten vorhersehbaren Betriebsbedingungen gerecht zu werden. Eine weniger komplexe oder einfachere Treiberschaltung ist üblicherweise so eingestellt, daß eine Unterversorgung in allen Umgebungsvarianten vermieden wird, wobei dies unweigerlich den Nachteil einer stetigen Versorgung mit mehr Leistung als erforderlich und einen schnelleren Verbrauch der Batterieladung als notwendig mit sich bringt.The arrangement described thus creates a delay in switching on to allow preheating of the lamp filament. A filament current can be applied during operation even long after the start of operation if the lamp operating conditions deteriorate, so as to prevent the lamp from operating at too low a current or in an unstable manner for too long a time, which would lead to a reduction in the life of the lamp. Although the circuit described is more advanced than comparable driver circuits currently used for solar lamps and thus somewhat more expensive, the use of The circuit not only results in a significantly longer lamp life, but also in lower energy consumption. The lamp can be operated at its optimum rated power where secondary breakdown occurs, and since the lamp operating conditions are continuously monitored and automatically adjusted if necessary, there is no need for a continuous supply of extra power for unforeseeable surges. In other words, the lamp does not have to be overpowered just to cope with the most adverse foreseeable operating conditions. A less complex or simpler driver circuit is usually set to avoid underpowering in all environmental variations, with the inevitable disadvantage of continuously supplying more power than required and depleting the battery charge more quickly than necessary.
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