DE69815281T2 - Flickerfreies verschaltgerät für eine leuchstofflampe - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Vorschaltgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Lampen mit mindestens einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus, welches aufweist:
    einen Wechselrichter mit mindestens einem Schalter, welcher auf ein Steuersignal zur Erzeugung einer, an die Lampenlast angelegten, veränderlichen Spannung anspricht;
    einen Treiber zur Erzeugung des Steuersignals, wobei der Treiber mindestens ein veränderliches Eingangssignal vorsieht, um den Treiber mit Leistung zu versehen; sowie
    einen Haltekreis, um den Treiber in einen nicht betriebsfähigen Zustand zu versetzen, im Falle das veränderliche Eingangssignal unter einen vorgegebenen Schwellenpegel fällt.
  • Eine Fluoreszenzlampe wird von einem Vorschaltgerät mit Leistung versehen. Das Vorschaltgerät kann durch einen magnetischen oder elektronischen Typ dargestellt sein. Elektronische Vorschaltgeräte weisen einen Treiber auf, um den Betrieb der Vorschaltgeräts zu steuern. Um die Kosten zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern, sind mehr und mehr der Komponenten in dem Treiber in einem integrierten Schaltkreis enthalten. Die Spannungsquelle für den integrierten Schaltkreis wird von dem Wechselstromnetz abgeleitet und die Spannung einem Pin VDD des integrierten Schaltkreises zugeführt. Ein Vorschaltgerät, welches einen integrierten Schaltkreis dieser Art aufweist, wird von Philips Electronics North America Corporation unter dem Warenzeichen ECOTRON hergestellt.
  • Lampenflimmern kann durch kurzzeitiges Abschalten des integrierten Schaltkreises auf Grund der Tatsache, dass der Spannungspegel an dem Pin VDD unter einen, zum Betreiben des integrierten Schaltkreises erforderlichen Mindestschwellwert fällt, hervorgerufen werden. Die Spannung an dem Pin VDD nimmt im Allgemeinen ab und kann nach Vorheizen der Lampenelektroden bei Einschalten der Lampe (d. h. bei Lampenzündung) unter den Mindestschwellwert fallen. Der Haltekreis versetzt den Treiber in einen nicht betriebsfähigen Zustand, was zur Folge hat, dass die Lampe erlischt und das Vorschaltgerät die Vorheizphase neu beginnt. Präziser gesagt, das Vorschaltgerät entnimmt während des Einschaltens der Lampe mehr Strom, wodurch die dem Vorschaltgerät von dem Stromversorgungsnetz zugeführte Spannung kurzzeitig abfallen kann. Die kurzzeitige Reduzierung der Netzspannung kann darin resultieren, dass der Spannungspegel an dem Pin VDD unter den Mindestschwellwert fällt, um den integrierten Schaltkreis zu versorgen und das sich daraus ergebende Lampenflimmern auszulösen.
  • Flimmern kann ein besonderes Problem darstellen, wenn das elektronische Vorschaltgerät in Verbindung mit einem Triac-Dimmer verwendet wird. Der Triac-Dimmer kann bei großen Einschaltwinkeln, das heißt, bei geringen Dimmungseinstellungen, oftmals zur Folge haben, dass eine Spannung an dem Pin VDD nahe an dem Mindestschwellwert liegt, um den integrierten Schaltkreis zu versorgen. Die großen Einschaltwinkel ermöglichen oftmals die Erzeugung einer Spannung an dem Pin VDD, welche ausreicht, um die Lampenelektroden (Heizdrähte) vorzuheizen, machen jedoch nicht die Erzeugung einer zur Zündung der Lampe ausreichenden Spannung an dem Pin VDD möglich. Folglich müssen Einschaltwinkel verringert werden (d. h. Lichtpegeleinstellungen müssen erhöht werden), um die Spannung an dem Pin VDD zur Verhinderung von Flimmern zu erhöhen. Daraus ergibt sich eine Einschränkung der Mindestdimmungseinstellungen des Triacs.
  • Infolgedessen ist es wünschenswert, einen verbesserten Treiber eines Vorschaltgeräts für eine Fluoreszenzlampe vorzusehen, welcher Lampenflimmern auf Grund des kurzzeitigen Abfalls der Netzspannung bei Einschalten der Lampe verhindert. Der verbesserte Treiber eines Vorschaltgeräts für eine Fluoreszenzlampe sollte eine flimmerfreie Methode vorsehen, welche einen Betrieb der Lampe bei geringen Dimmungseinstellungen des Triacs ermöglicht. Die flimmerfreie Methode sollte insbesondere die unterschiedlichen Betriebszustände der Lampe während und nach dem Vorheizen der Lampenelektroden angehen.
  • Ein Vorschaltgerät, wie in dem einleitenden Absatz beschrieben, ist daher dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät weiterhin eine Schaltung zur Änderung des Wertes des vorgegebenen Schwellenpegels aufweist, wenn der Betriebsmodus des Vorschaltgeräts von dem ersten auf den zweiten Modus wechselt.
  • Typischerweise heizt das Vorschaltgerät während des ersten Betriebsmodus die eine oder mehrere Lampen vor, wohingegen das Vorschaltgerät in dem zweiten Modus die eine oder mehrere Lampen einschaltet. Wenn bei Vorheizen das minimal eine, verän derliche Eingangssignal unter den Wert des Schwellenpegels fällt, stoppt der Haltekreis den Betrieb des Treibers, was zur Folge hat, dass das Vorschaltgerät die Vorheizphase noch einmal beginnt. Stoppt der Haltekreis den Betrieb des Treibers jedoch nicht vor Ende der Vorheizphase, ist sichergestellt, dass am Ende der Vorheizphase das minimal eine veränderliche Eingangssignal dem Wert des Schwellenpegels bei Vorheizen entspricht oder über diesem liegt. Der Wert des Schwellenpegels wird bei Eintreten in die Zündphase verringert. Als Folge kann das minimal eine veränderliche Eingangssignal von einem Wert, welcher diesem des Schwellenpegels bei Vorheizen entspricht oder höher als dieser ist, auf einen Wert abfallen, welcher geringfügig höher als der Wert des Schwellenpegels während der Zündphase ist, ohne dass der Haltekreis den Treiber in einen nicht betriebsfähigen Zustand versetzt. Folglich kann die minimal eine veränderliche Spannung auf Grund des Einschaltens der Lampe zeitweilig in einem bestimmten Umfang abfallen, ohne dass dieser Abfall ein Flimmern hervorruft.
  • Der Treiber kann einen integrierten Schaltkreis aufweisen, wobei das minimal eine veränderliche Eingangssignal den integrierten Schaltkreis mit Leistung versieht.
  • Der Treiber kann ebenfalls einen Schmitt-Trigger aufweisen, um den Mindestschwellwert für den ersten Bereich ungleich Null und den vorgegebenen Bereich ungleich Null einzustellen.
  • Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Vorschaltgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Lampen mit mindestens einem ersten Betriebsmodus vor Zündung der einen oder mehreren Lampen und einem zweiten Betriebsmodus bei oder nach Einschalten der einen oder mehreren Lampen einen Wechselrichter mit mindestens einem Schalter, welcher auf ein Steuersignal anspricht, um eine, an die Lampenlast angelegte, veränderliche Spannung zu erzeugen, einen Treiber zur Erzeugung des Steuersignals, wobei der Treiber mindestens ein veränderliches Eingangssignal vorsieht, um zu arbeiten, sowie eine erste Spannungsquelle und eine Hilfsspannungsquelle auf, welche zusammen das minimal eine veränderliche Eingangssignal erzeugen. Die zweite Spannungsquelle ergänzt die erste Spannungsquelle bei Erzeugung des minimal einen veränderlichen Eingangssignals lediglich während des zweiten Betriebsmodus.
  • Infolgedessen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Treiber eines Vorschaltgeräts vorzusehen, welcher während der Übergänge des Vorschaltgeräts von einer Vorheizphase zu einer Einschaltphase der Lampe Lampenflimmern minimiert.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, durch Triac dimmbare Kompaktleuchtstofflampe vorzusehen, welche den Betrieb der Kompaktleuchtstofflampe bei geringen Dimmungseinstellungen des Triacs ohne Flimmern bei Einschalten der Lampe ermöglicht.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen zum Teil auf der Hand und sind zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 – ein Blockschaltbild einer Triac-dimmbaren Kompaktleuchtstofflampe gemäß der Erfindung;
  • 2 – ein Schemaschaltbild eines Triac-Dimmers, wie in 1 dargestellt;
  • 3 – ein Schemaschaltbild einer Kompaktleuchtstofflampe;
  • 4 – ein Logikschaltbild eines integrierten Schaltkreises, welcher als Antriebssteuerkreis von 3 dient; sowie
  • 5 – ein Schemaschaltbild einer, in 3 dargestellten Schmitt-Triggerschaltung.
  • Wie in 1 dargestellt, wird eine Kompaktleuchtstofflampe (CFL) 10 über einen Triac-Dimmer 30 von einer, durch eine Wechselspannungsquelle 20 dargestellten Wechselstromnetzleitung gespeist. Die Kompaktleuchtstofflampe 10 weist ein gedämpftes, elektromagnetisches Interferenz-(EMI)-Filter 40, eine Hilfsstromquelle 45, einen Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50, eine Dimmungsschnittstelle (dimming interface) 55, einen Wechselrichter 60, einen Antriebssteuerkreis 65, eine Last 70 sowie einen Leistungsrückkopplungskreis 90 auf. Der Ausgang von Wechselrichter 60, welcher als Ausgang für das Vorschaltgerät von CFL 10 dient, ist an Last 70 angeschlossen. Last 70 weist eine Lampe 85 und einen, aus einer Primärwicklung 75 eines Transformators T und mehreren Kondensatoren 80, 81 und 82 gebildeten Resonanztankkreis auf. Der gedämpfte EMI-Filter 40 dämpft durch Wechselrichter 60 erzeugte Oberschwingungen (d. h. Oszillationen) signifikant. Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 richtet die von der Wechselspannungsquelle 20 abgegebene Sinusspannung gleich, wodurch sich eine Gleichspannung mit Welligkeit ergibt, welche erhöht und in eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung umgewandelt wird, die dem Wechselrichter 60 zugeführt wird. Die anderen Teile der Kompaktleucht stofflampe als die Lampenlast 70 werden im Allgemeinen zusammen angeordnet und als ein Vorschaltgerät zum Betreiben von Lampenlast 70 bildend bezeichnet.
  • Wechselrichter 60 wird, basierend auf der gewünschten Beleuchtungsstärke, durch Antriebssteuerkreis 65 auf einer wechselnden Schaltfrequenz gesteuert. Die Gleichspannung wird von Wechselrichter 60 in eine Rechteckspannungsform umgewandelt, die an Last 70 angelegt wird. Die Stärke der Lampenbeleuchtung kann durch Verringern und Erhöhen der Frequenz dieser Rechteckspannungsform jeweils erhöht und verringert werden.
  • Die gewünschte Stärke der Lampenbeleuchtung wird durch Triac-Dimmer 30 eingestellt und durch eine Dimmungsschnittstelle 55 dem Antriebssteuerkreis 65 übermittelt. Leistungsrückkopplungskreis 90 leitet einen Teil der Leistung von dem Resonanztankkreis zu dem Spannungsverdoppler zurück, was in einer lediglich minimalen Leistungsfaktorkorrektur resultiert, welche erforderlich ist, um die Triac-Leitung nach Zündung aufrechtzuerhalten. Hilfsstromquelle 45 führt dem Antriebssteuerkreis 65 Energie zu, um die Energieversorgung für Antriebssteuerkreis 65 zu ergänzen, sobald die Speisespannung für Wechselrichter 60 kurzzeitig abfällt, um den Lastansprüchen zu entsprechen.
  • Wie in 2 dargestellt, ist Triac-Dimmer 30 über ein Paar Leitungen 21 und 22 parallel zu Wechselspannungsquelle 20 geschaltet. Triac-Dimmer 30 weist einen Kondensator 31 auf, welcher über die Reihenschaltung von einem Induktor 32 und einem regelbaren Widerstandselement 33 geladen wird. Mit dem Gate eines Triacs 35 ist ein Diac 34 verbunden. Sobald die Spannung an Kondensator 31 den Spannungsdurchschlag von Diac 34 erreicht, zündet Triac 35. Über Induktor 32 und Triac 35 wird der CFL 10 Strom (d. h. Einraststrom von Triac 35) zugeführt. Am Ende der 60 Hz Halbwellenperiode fällt der Strompegel in Triac 35 bis unterhalb seines Haltestroms (d. h. Anodenminimalstrom, welcher erforderlich ist, um die Leitung von Triac 35 aufrechtzuerhalten) ab. Der Triac 35 schaltet sich ab. Der Zündwinkel, das heißt, der Winkel zwischen 0 und 180 Grad, in welchem Triac 35 zuerst leitet, kann durch Änderung des Widerstands des regelbaren Widerstandselements 33 eingestellt werden. Das regelbare Widerstandselement 33 kann durch einen Potentiometer dargestellt sein, ist jedoch nicht auf einen solchen beschränkt. Der maximale Zündwinkel ist durch die Durchschlagspannung von Diac 34 begrenzt. Induktor 32 limitiert Anstiegs- oder Abfallzeit von di/dt und schützt damit Triac 35 vor einer plötzlichen Stromänderung. Ein Kondensator 36 dient als Überspannungsschutzelement und verhindert Flimmern, besonders wenn die Länge der Leitungen zwischen Triac 35 und CFL 10 relativ groß ist. Durch Induktanz und parasitäre Kapazität hervorgerufene Oberschwingun gen, welche solchen langen Leitungen zugeordnet werden, werden von Kondensator 36 überbrückt. Infolgedessen werden der Triac-Strompegel und der Betrieb von Triac 36 durch die Länge der Verdrahtung zwischen Triac 35 und CFL 10 nicht beeinträchtigt. Das Flimmern von Lampe 85 durch solche Oberschwingungen wird verhindert.
  • Triac-Dimmer 30 sieht zwei, durch/relativ zu CFL 10 festgelegte Mindestdimmungseinstellungen vor. Bei der ersten Mindestdimmungseinstellung (d. h. Einschaltmindestdimmungseinstellung) handelt es sich um die niedrigste Dimmungseinstellung, welche das Einschalten der Lampe 85 ermöglicht. Zu der zweiten Mindestdimmungseinstellung (d. h. Mindestdimmungseinstellung bei stabilem Betrieb), welche in einem größeren Einschaltwinkel als dem Einschaltwinkel bei der Einschaltmindestdimmungseinstellung vorgenommen wird, kann übergegangen werden, nachdem die Lampe 85 ihren stabilen Betrieb erreicht hat. Um einen flimmerfreien Betrieb sicherzustellen, muss die CFL 10 während des Vorheizens bei Einschaltmindestdimmungseinstellung entnommene Energie höher als die bei stabilem Betrieb entnommene Energie bei Einstellungen zwischen Einschaltmindestzustand und stabilem Mindestzustand sein. CFL 10 entnimmt in Verbindung mit Triac-Dimmer 30 während des Vorheizens bei Einschaltmindestdimmungseinstellung mehr Strom als nach dem Vorheizen, wodurch CFL 10 den Vorheizbetrieb beenden und bei stabilem Betrieb arbeiten kann.
  • Wie in 3 dargestellt, weist das gedämpfte EMI-Filter 40 einen Induktor 41, ein Paar Kondensatoren 42 und 43 sowie einen Widerstand 44 auf. Widerstand 44 und Kondensator 43, welche ein Überspannungsschutzelement bilden, sind parallel zu dem Ausgang des gedämpften EMI-Filters in Reihe geschaltet. Dieses Überspannungsschutzelement dämpft bei Einschalten von Triac 35 Oszillationen, die von EMI-Filter 40 erzeugt werden. Diese Oszillationen würden, wenn diese nicht durch das von Widerstand 44 und Kondensator 43 gebildete Überspannungsschutzelement gedämpft würden, den Pegel des durch Triac 35 fließenden Stroms auf unterhalb seines Haltestroms reduzieren, wodurch eine Abschaltung von Triac 35 erfolgen würde. Widerstand 44 und Kondensator 43 sehen ebenfalls einen Weg vor, um eine hohe Dissipation der 60 Hz-Leistung durch Filter 40 zu verhindern.
  • Der Gleichrichter und Spannungsverdoppler, welche einen, in Kaskade geschalteten Halbwellenspannungsverdopplungsgleichrichter bilden, weisen ein Paar Dioden D1 und D2 sowie ein Paar Kondensatoren 53 und 54 auf. Die Dioden D1 und D2 richten die von dem gedämpften EMI-Filter abgegebene Sinusspannung gleich, wodurch sich eine Gleichspannung mit Welligkeit ergibt. Die Kondensatoren 53 und 54 dienen zusammen als Pufferkondensator, welcher die gleichgerichtete Sinusspannung verstärkt und diese in eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung umwandelt, die Wechselrichter 60 zugeführt wird.
  • Ein Kondensator 51 und ein Paar Dioden D3 und D4 liefern ein Hochfrequenzleistungs-Rückkopplungssignal von dem unten näher erörterten Resonanztankkreis. Das Hochfrequenzleistungs-Rückkopplungssignal schaltet Diode D1 und eine Diode D3 in der positiven Halbwelle der 60 Hz-Wellenform zwischen leitendem und nicht leitendem Zustand um. Ebenso schaltet das Hochfrequenzleistungs-Rückkopplungssignal die Diode D2 und eine Diode D4 in der negativen Halbwelle der 60 Hz-Wellenform zwischen leitendem und nicht leitendem Zustand um. Die von dem Resonanztankkreis (d. h. Wicklung 75 und Kondensatoren 80, 81 und 82) abgeleitete Leistungsrückkopplung hält den Pegel des Stroms durch Triac 35 oberhalb seines Haltestroms. Die Leitung von Triac 35 kann während eines wesentlichen Teils der 60 Hz-Halbwelle (d. h. etwa mehr als 0,5 Millisekunden) aufrechterhalten werden.
  • Die Dimmungsschnittstelle 55 sieht eine Schnittstelle zwischen dem Ausgang von EMI-Filter 40 und dem Antriebssteuerkreis 65 vor. Der Winkel, in welchem Triac 35 zündet, das heißt, der Einschaltwinkel, stellt die gewünschte Beleuchtungsstärke dar. Die Dimmungsschnittstelle 55 wandelt den Einschaltwinkel (d. h. wandelt die Leitungsimpulsbreite von Triac 35) in eine proportionale, gleichgerichtete, mittlere Spannung (d. h. Dimmungssignal) um, welche mit einem DIM-Pin eines integrierten Schaltkreises (IC 109) in Antriebssteuerkreis 65 kompatibel ist und diesem zugeführt wird.
  • Dimmungsschnittstelle 55 weist mehrere Widerstände 56, 57, 58, 59 und 61, Kondensatoren 62, 63 und 64, eine Diode 66 sowie eine Zener-Diode 67 auf. IC 109 ist auf eine Schaltkreiserdung bezogen. Die von Dimmungsschnittstelle 55 abgetastete Spannung, welche dem DIM-Pin von IC 109 zugeführt wird, wird jedoch durch eine Gleichstromkomponente verändert. Diese Gleichstromkomponente entspricht der Hälfte der Pufferkondensatorspannung des Spannungsverdopplers, das heißt, der Spannung an Kondensator 54. Kondensator 62 filtert diese Gleichstromkomponente aus. Kondensator 62 ist ebenfalls relativ groß, um die Speisespannung aufzunehmen. Ein Paar Widerstände 56 und 57 bilden einen Spannungsteiler, welcher zusammen mit einer Zener-Diode 67 den Skalierungsfaktor, der bei Erzeugen des Dimmungssignals angewandt wird, bestimmt. Die Widerstände 56 und 57 sehen ebenfalls einen Entladungsweg für Kondensator 62 vor. Die gleichgerichtete, an den DIM-Pin angelegte Durchschnittsspannung wird durch die Zener-Spannung von Zener-Diode 67 reduziert. Die Zener-Diode 67 begrenzt daher die an den DIM-Pin angelegte, maximale, gleichgerichtete Durchschnittsspannung (entsprechend der vollen Lichtleistung). Schwankungen der maximalen, gleichgerichteten Durchschnittsspannung, welche durch Unterschiede des Einschaltmindestwinkels verschiedener Triac-Dimmer entstehen, werden durch Zener-Diode 67 auf einen Spannungsbereich, welcher leicht durch IC 109 interpretiert werden kann, begrenzt. Mit anderen Worten, Zener-Diode 67 legt einen Einschaltmindestwinkel (z. B. 25–30 Grad) entsprechend einem Maximalpegel für das Dimmungssignal fest.
  • Zener-Diode 67 begrenzt ebenfalls den maximalen Zünd-(Einschalt)-Winkel von Triac 35 während der positiven Halbwelle der 60 Hz-Wellenform (z. B. auf etwa 150 Grad). Der Zündwinkel wird auf Grund der für Widerstände 56 und 57 ausgewählten Werte sowie der Durchschlagspannung von Zener-Diode 67 eingestellt. Oberhalb eines bestimmten Zündwinkels (d. h. über 150 Grad) ist die Betriebsspannung von Bus 101 zu niedrig, um zur Speisung von IC 109 eine ausreichende Spannung an Pin VDD aufzubauen. Wechselrichter 60 kann daher nicht arbeiten und Lampe 85 bleibt unbeleuchtet.
  • Die meisten Triac-Dimmer weisen einen Mindestzünd-(Einschalt-)Winkel von 25 bis 30 Grad auf, welcher der vollen Lichtleistung entspricht. In diesen kleinen Einschaltwinkeln wird die maximale, gleichgerichtete Durchschnittsspannung an einen Kondensator 64 angelegt. Mehrere Widerstände 56, 57, 58 und 59 sowie Zener-Diode 67 beeinflussen die Dimmungskurve und bestimmen insbesondere den maximalen Zündwinkel, in welchem Lampe 85 die volle Lichtleistung abgibt. Das heißt, Widerstände 56, 57, 58 und 59 sowie Zener-Diode 67 bestimmen die gleichgerichtete Durchschnittsspannung, welche von dem DIM-Pin von IC 109 auf Grund des gewählten Zündwinkels von Triac 35 erfasst wird. Der Schaltkreis zur Mittelung der gleichgerichteten Spannung wird durch Widerstand 61 und Kondensator 64 vorgesehen. Ein Kondensator 63 filtert die Hochfrequenzkomponenten des Widerstand 61 und Kondensator 64 zugeführten Signals.
  • Während der negativen Halbwelle der 60 Hz-Wellenform begrenzt eine Diode 66 die an die Mittelungsschaltung (Widerstand 61, Kondensator 64) angelegte, negative Spannung auf einen Dioden-Spannungsabfall (z. B. etwa 0,7 Volt). In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann zur Verbesserung der Regelung an Stelle von Diode 66 eine Zener-Diode 66' verwendet werden. Zener-Diode 66' begrenzt die an den DIM-Pin angelegte Spannung so, dass die gewünschte Lichtstärke auf Grund des Auslastungsgrads der Spannung an Stelle der gleichgerichteten Durchschnittsspannung bestimmt werden kann. Wenn zum Beispiel der Einschaltwinkel zwecks maximaler Lichtleistung von Lampe 85 auf etwa 30 Grad eingestellt wird, würde der Auslastungsgrad etwas weniger als 50% entsprechen. Da der Einschaltwinkel zur Reduzierung der Lichtleistung von Lampe 85 vergrößert wird, würde der Auslastungsgrad verringert werden.
  • Wechselrichter 60 ist als Halbbrücke ausgelegt und weist einen B+-(Verbindungs-)-Bus 101, einen Rückbus 102 (d. h. Schaltkreiserdung) sowie ein Paar Schalter (z. B. Leistungs-MOSFETs) 100 und 112 auf, welche zwischen Bus 101 und Bus 102 in Reihe geschaltet sind. Schalter 100 und 112 sind an einem Übergang 110 zusammengeschaltet und werden im Allgemeinen als Totem-Pole-Anordnung angesehen. Die als Schalter 100 und 112 dienenden MOSFETs weisen jeweils ein Paar Gates G1 und G2 auf. Ein Paar Kondensatoren 115 und 118 ist an einem Übergang 116 zusammengeschaltet und zwischen Übergang 110 und Bus 102 in Reihe geschaltet. Parallel zu Kondensator 118 ist eine Zener-Diode 121 geschaltet. Zwischen einem Pin VDD von IC 109 und Bus 102 ist eine Diode 123 geschaltet.
  • Wicklung 75, Kondensator 80, ein Kondensator 81 sowie ein DC-Sperrkondensator 126 sind an einem Übergang 170 zusammengeschaltet. Ein Paar Sekundärwicklungen 76 und 77 von Transformator T ist an Primärwicklung 75 gekoppelt, um Spannungen an die Heizdrähte von Lampe 85 anzulegen und Letztere während des Vorheizbetriebs, und wenn die Lampenlast 85 bei weniger als der vollen Lichtleistung arbeitet, in einen bestimmten Zustand zu bringen. Die Kondensatoren 80, 82, 118, Zener-Diode 121, Schalter 112 und ein Widerstand 153 sind an einer Schaltkreiserdung zusammengeschaltet. Lampe 85, Widerstand 153 und ein Widerstand 168 sind an einem Übergang 88 zusammengeschaltet. Ein Paar Widerstände 173 und 174 ist zwischen einem Übergang 175 und dem Lampe 85 und Kondensator 126 miteinander verbindenden Übergang in Reihe geschaltet. Die Kondensatoren 81 und 82 sind in Reihe und an einem Übergang 83 zusammengeschaltet. Kondensator 51 von Gleichrichter und Spannungsverdoppler 50 ist mit Übergang 83 verbunden. Ein Widerstand 177 ist zwischen Leitungsknoten 175 und einer Schaltkreiserdung geschaltet. Ein Kondensator 179 ist zwischen Übergang 175 und einem Übergang 184 geschaltet. Eine Diode 182 ist zwischen Übergang 184 und einer Schaltkreiserdung geschaltet. Eine Diode 180 ist zwischen Übergang 184 und einem Übergang 181 geschaltet. Ein Kondensator 183 ist zwischen Übergang 181 und einer Schaltkreiserdung geschaltet.
  • Antriebssteuerkreis 65 weist IC 109 auf. IC 109 sieht mehrere Pins vor.Ein Pin RIND ist mit Übergang 185 verbunden. Ein Kondensator 158 ist zwischen Übergang 185 und einer Schaltkreiserdung geschaltet. Ein Paar Widerstände 161 und 162 und ein Kondensator 163 sind zwischen Übergang 185 und Übergang 116 in Reihe geschaltet. Die Eingangsspannung an Pin RIND reflektiert den Pegel des durch Wicklung 75 fließenden Stroms. Der durch Wicklung 75 fließende Strom wird erhalten, indem zuerst die Spannung an einer Sekundärwicklung 78 von Transformator T abgetastet wird. Die abgetastete Spannung, welche proportional zu der Spannung an Wicklung 75 ist, wird dann von einem, durch Widerstand 161 und Kondensator 158 gebildeten Integrator integriert. Die Pin RIND zugeführte, integrierte, abgetastete Spannung ist für den durch Wicklung 75 fließenden Strom typisch. Ein Wiederherstellen des durch Wicklung 75 fließenden Stroms durch Abtasten und anschließendes Integrieren der Spannung von Wicklung 78 resultiert bei Erfassen des Stromflusses durch den Resonanzinduktor in wesentlich weniger Leistungsverlusten als bei konventionellen Methoden (z. B. Messwiderständen). Es wäre sonst auch wesentlich schwieriger, den durch die Wicklung 75 fließenden Strom wiederherzustellen, da dieser Strom zwischen Lampe 85, den Resonanzkondensatoren 80, 81 und 82 und einer Leistungsrückkopplungsleitung 87 aufgeteilt ist.
  • VDD gibt durch elektrische Verbindung mit Leitung 22 über einen Widerstand 103 die Einschaltspannung zur Steuerung von IC 109 ab. Ein Pin LI1 ist über einen Widerstand 168 mit Übergang 88 verbunden. Ein Pin LI2 ist über einen Widerstand 171 mit einer Schaltkreiserdung verbunden. Die Differenz zwischen den Pins LI1 und LI2 zugeführten Strömen reflektiert den durch Lampe 85 fließenden, abgetasteten Strom. Die Spannung an einem Pin VL, welcher über einen Widerstand 189 mit Übergang 181 verbunden ist, reflektiert die Spitzenspannung von Lampe 85. Der aus einem Pin CRECT über ein paralleles RC-Netz aus einem Widerstand 195 und einem Kondensator 192 und das serielle RC-Netz aus einem Widerstand 193 und einem Kondensator 194 in eine Schaltkreiserdung fließende Strom reflektiert die Durchschnittsleistung von Lampe 85 (d. h. das Produkt von Lampenstrom und Lampenspannung). Ein weiter unten im Einzelnen erläutertes, optionales, externes D. C.-Offset umfasst eine Serienschaltung von VDD und einem Widerstand 199, welche bewirkt, dass ein D. C.-Offsetstrom über den Widerstand 195 zu einer Schaltkreiserdung fließt.
  • Kondensator 192 dient dazu, eine gefilterte Gleichspannung an Widerstand 195 abzugeben. Ein Widerstand 156 ist zwischen einem Pin RREF und einer Schaltkreiser dung geschaltet und dient zur Einstellung des Referenzstroms in IC 109. Ein Kondensator 159, welcher zwischen einem Pin CF und einer Schaltkreiserdung geschaltet ist, stellt die Frequenz eines weiter unten noch näher erläuterten, stromgesteuerten Oszillators (CCO) ein. Ein Kondensator 165, welcher zwischen einem Pin und einer Schaltkreiserdung geschaltet ist, wird, wie weiter unten erörtert, zur zeitlichen Steuerung der Vorheizperiode sowie des schwingungsfreien/Standby-Modus eingesetzt. Ein Pin GND ist direkt mit Erde verbunden. Zwei Pins G1 und G2 sind jeweils unmittelbar an Gates G1 und G2 von Schaltern 100 und 112 angeschlossen. Ein Pin S1, welcher unmittelbar mit Knotenpunkt 110 verbunden ist, stellt die Spannung an der Quelle von Schalter 100 dar. Ein Pin FVDD ist über einen Kondensator 138 mit Knotenpunkt 110 verbunden und stellt die Versorgungsschwebespannung für IC 109 dar.
  • Der Betrieb von Wechselrichter 60 und Antriebssteuerkreis 65 erfolgt wie folgt. Zu Anfang (d. h. bei Inbetriebsetzen), während Kondensator 157 auf Grund der RC-Zeitkonstanten von Widerstand 103 und Kondensator 157 geladen wird, befinden sich Schalter 100 und 112 jeweils in einem nicht leitenden und leitenden Zustand. Der in Pin VDD von IC 109 fließende Eingangsstrom wird während dieser Inbetriebnahmephase auf einem niedrigen Pegel (weniger als 500 Mikroampere) gehalten. Kondensator 138, welcher zwischen Knotenpunkt 110 und Pin FVDD geschaltet ist, lädt sich bis zu einer relativ konstanten Spannung, welche in etwa VDD gleichkommt, auf und dient als die Spannungsversorgung für die Steuerschaltung von Schalter 100. Sobald die Spannung an Kondensator 157 einen Spannungeinschaltschwellwert (z. B. 12 Volt) überschreitet, geht IC 109 in seinen Betriebs-(Schwingungs-/Schalt-)-Zustand über, wobei Schalter 100 und 112 jeweils zwischen ihrem leitenden und nicht leitenden Zustand auf einer Frequenz weit über der von Wicklung 75 und den Kondensatoren 80, 81 und 82 bestimmten Resonanzfrequenz hin- und herschalten.
  • IC 109 geht zu Anfang in eine Vorheizperiode (d. h. Vorheizzustand) über, sobald Wechselrichter 60 zu oszillieren beginnt. Knotenpunkt 110 schwankt je nach den Schaltzuständen von Schaltern 100 und 112 zwischen etwa 0 Volt und der Spannung an Bus 101. Die Kondensatoren 115 und 118 dienen dazu, den Spannungsanstieg und -abfall an Knotenpunkt 110 zu verlangsamen, wodurch Schaltverluste und der durch Wechselrichter 60 erzeugte EMI-Pegel reduziert werden. Die Zener-Diode 121 erzeugt an Knotenpunkt 116 eine pulsierende Spannung, welche durch Diode 123 an Kondensator 157 angelegt wird. Daraus ergibt sich ein relativ hoher Betriebsstrom von zum Beispiel 10–15 Milliampe re, welcher Pin VDD von IC 109 zugeführt wird. Kondensator 126 dient dazu, das Anlegen der Gleichspannungskomponente an Lampe 85 zu blockieren.
  • Während der Vorheizperiode befindet sich Lampe 85 in einem nicht gezündeten Zustand, das heißt, es wurde in Lampe 85 kein Lichtbogen erzeugt. Die anfängliche Betriebsfrequenz des ICs 109, welche bei etwa 100 kHz liegt, wird von Widerstand 156 und Kondensator 159 sowie den Rückwärtsdiodenleitzeiten der Schalter 100 und 112 eingestellt. IC 109 reduziert mit einer im Inneren des ICs eingestellten Geschwindigkeit unverzüglich die Betriebsfrequenz. Die Frequenzreduzierung wird fortgesetzt, bis die Spitzenspannung an dem von Widerstand 161 und Kondensator 158 gebildeten RC-Integrator, wie an dem Pin RIND erfasst, -,4 Volt (d. h. der negativen Spitzenspannung, welche -,4 Volt entspricht) entspricht. Die Schaltfrequenz der Schalter 100 und 112 wird so geregelt, dass die von dem Pin RIND erfasste, -,4 Volt entsprechende Spannung aufrechterhalten wird, was in einer relativ konstanten Frequenz von etwa 80–85 kHz (als Vorheizfrequenz definiert) an Knotenpunkt 110 resultiert. Ein relativ konstanter RMS-Strom fließt durch Wicklung 75, welcher durch Kopplung an Wicklungen 76 und 77 ermöglicht, dass die Glühfäden (d. h. Kathoden) von Lampe 85 zur nachfolgenden Zündung von Lampe 85 in genügendem Maße angewärmt werden und eine lange Brenndauer der Lampe gewährleistet wird. Die Dauer der Vorheizperiode wird über Kondensator 165 eingestellt. Ist der Wert von Kondensator 165 Null (d. h. offen), findet effektiv kein Vorheizen der Glühfäden statt, was in einem Direktstartbetrieb von Lampe 85 resultiert.
  • Am Ende des Vorheizbetriebs nimmt Pin VL, wie von Kondensator 165 bestimmt, einen niedrigen Logikpegel an. Während des Vorheizens befindet sich Pin VL auf einem hohen Logikpegel. IC 109 beginnt nun bei einer in IC 109 eingestellten Geschwindigkeit mit einer Abtastung von seiner Schaltfrequenz bei Vorheizen bis zu einer unbelasteten Resonanzfrequenz (d. h. Resonanzfrequenz von Wicklung 75 und Kondensatoren 80, 81 und 82 vor Zündung von Lampe 85 – z. B. 60 kHz). Während sich die Schaltfrequenz der Resonanzfrequenz nähert, steigt die Spannung an Lampe 85 rapide an (z. B. 600– 800 Volt Spitzenwert) und reicht im Allgemeinen aus, um die Lampe 85 zu zünden. Sobald Lampe 85 gezündet wurde, steigt der durch diese fließende Strom von einigen wenigen Milliampere auf mehrere hundert Milliampere an. Der durch Widerstand 153 fließende Strom, welcher dem Lampenstrom entspricht, wird an den Pins LI1 und LI2 auf Grund der Stromdifferenz zwischen diesen, wie von den Widerständen 168 und 171 jeweils in das richtige Verhältnis gebracht, abgetastet. Die Spannung von Lampe 85, welche von der Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 173, 174 und 177 skaliert wird, wird von einem, aus den Dioden 180 und 182 und Kondensator 183 gebildeten Spitzen-Spitzen-Detektor erfasst, wodurch sich an Knotenpunkt 181 eine, zu der Lampenspitzenspannung proportionale Gleichspannung ergibt. Die Spannung an Knotenpunkt 181 wird von Widerstand 189 in einen, in Pin VL fließenden Strom umgewandelt.
  • Der in Pin VL fließende Strom wird in IC 109 mit den Differenzströmen zwischen den Pins LI1 und LI2 vervielfacht, wodurch sich ein gleichgerichteter Wechselstrom ergibt, welcher aus Pin CRECT in das parallele RC-Netz aus Kondensator 192 und Widerstand 195 sowie das serielle RC-Netz aus Widerstand 193 und Kondensator 194 geführt wird. Das parallele und das serielle RC-Netz wandeln den gleichgerichteten Wechselstrom in eine Gleichspannung um, welche zu der Leistung von Lampe 85 proportional ist. Die Spannung an dem Pin CRECT wird durch eine, in IC 109 enthaltene Rückkopplungsschaltung/-schleife zwangsläufig auf eine Spannung gebracht, die dieser an dem Pin DIM entspricht. Dieses resultiert in einer Regelung der von Lampe 85 verbrauchten Leistung.
  • Die gewünschte Beleuchtungsstärke von Lampe 85 wird durch die Spannung an dem Pin DIM eingestellt. Die Rückkopplungsschleife weist eine Lampenspannungserfassungsschaltung und eine Lampenstromerfassungsschaltung auf, welche weiter unten noch näher erläutert werden. Die Schaltfrequenz von Halbbrückenwechselrichter 60 wird auf Grund dieser Rückkopplungsschleife eingestellt, wobei die Spannung an Pin CRECT der Spannung an dem Pin DIM gleichgesetzt wird. Die CRECT-Spannung schwankt zwischen 0,5 und 2,9 Volt. Sobald die Spannung an dem Pin DIM über 2,9 Volt ansteigt bzw. unter 0,5 Volt abfällt, wird diese intern auf 2,9 Volt bzw. 0,5 Volt begrenzt. Das an dem Pin DIM abgegebene Signal wird durch Phasenwinkeldimmung erzeugt, wobei ein Teil der Phase der Wechselstromeingangsleitungsspannung gesperrt wird. Der Einschaltphasenwinkel der Eingangsleitungsspannung wird durch Dimmungsschnittstelle 55 in ein, dem Pin DIM zugeführtes Gleichstromsignal umgewandelt.
  • Die Spannung an dem Pin CRECT beträgt bei Zündung der Lampe 85 Null. Mit Ansteigen des Lampenstroms lädt der an dem Pin CRECT erzeugte Strom, welcher zu dem Produkt von Lampenspannung und Lampenstrom proportional ist, die Kondensatoren 192 und 194. Die Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 fällt ab bzw. steigt an, bis die Spannung an dem Pin CRECT der Spannung an dem Pin DIM entspricht. Sobald die Dimmungsstärke auf volle (100%) Lichtleistung eingestellt ist, können die Kondensatoren 192 und 194 auf 2,9 Volt geladen werden, und die Spannung an Pin CRECT steigt auf Grund der Rückkopplungsschleife folglich auf 2,9 Volt an. Während des Spannungsanstiegs ist die Rückkopplungsschleife, auf welche weiter unten noch näher eingegangen wird, offen. Sobald die Spannung an Pin CRECT etwa 2,9 Volt beträgt, wird die Rückkopplungsschleife geschlossen. In gleicher Weise können die Kondensatoren 192 und 194 auf 0,5 Volt geladen werden, wenn die Dimmungsstärke auf minimale Lichtstärke eingestellt ist, und die Spannung an Pin CRECT steigt auf Grund der Rückkopplungsschleife daher auf 0,5 Volt an. Im Allgemeinen entsprechen 0,5 Volt an Pin DIM 10% der vollen Lichtleistung. Zur Dunkeldimmung bis zu 1% der vollen Lichtleistung kann ein, durch Widerstand 199 vorgesehenes, externes Offset 198, welches sonst nicht erforderlich ist, so eingesetzt werden, dass 0,5 Volt an dem Pin DIM 1% der vollen Lichtleistung entsprechen. Sobald die Dimmungsstärke auf minimale Lichtleistung eingestellt ist, wird der CRECT-Kondensator vor Schließen der Rückkopplungsschleife auf 0,5 Volt geladen.
  • Konventionelle Lampen, welche bei Zündung auf Dimmung eingestellt werden, weisen bezeichnenderweise einen Zündblitz auf. Der Lichtblitz, der über der gewünschten Beleuchtungsstärke liegt, wird erzeugt, indem der Lampe über einen verhältnismäßig langen und unnötigen Zeitraum nach Zündung (z. B. bis zu einigen Sekunden) ein hohes Leistungsniveau zugeführt wird. Auf diese Weise stellen Zündweisen eines konventionellen Vorschaltgeräts eine erfolgreiche Zündung der Lampe sicher. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden jedoch die Zündblitze minimiert. Die Dauer eines Zustands hoher Lichtintensität nach Zündung ist bei Einstellungen zur geringen Dimmung sehr kurz, und die visuelle Wirkung des unerwünschten Lichtblitzes wird minimiert. Eine wesentliche Vermeidung von Zündblitzen wird erreicht, indem das der Lampe 85 zugeführte Leistungsniveau unmittelbar nach erfolgter Zündung durch Verwendung der Rückkopplungsschleife reduziert wird.
  • Bei Amalgamlampen fällt die Lampenspannung wesentlich ab, sobald die Amalgamtemperatur ein vorgegebenes Niveau überschreitet. Der Quecksilberdampfdruck wird reduziert, wodurch die Lampenspannung abfällt. Unter solchen Bedingungen resultiert die Regelung der Lampenleistung in extrem hohen Lampenströmen und, daraus folgernd, der Zerstörung der Lampenelektroden und verkürzter Brenndauer der Lampe.
  • Gemäß der Erfindung wird ein akzeptabler Pegel des Lampenstroms aufrechterhalten, indem die Mindestspannung an Übergang 181 der Spannung an Pin VDD entsprechend minus des Spannungsabfalls einer Diode 186 begrenzt wird. Die Spannung von Lampe 85, welche von der Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 173, 174 und 177 skaliert wird, wird von einem, aus den Dioden 180 und 182 und Kondensator 183 gebildeten Spitzen-Spitzen-Detektor erfasst, wodurch sich an Knotenpunkt 181 eine, zu der Lampenspitzenspannung proportionale Gleichspannung ergibt.
  • Die Spannung an dem Übergang 181, welche von Widerstand 189 in einen, in Pin VL fließenden Strom umgewandelt wird, wird der Spannung an Pin VDD entsprechend minus des Spannungsabfalls von Diode 186 aufrechterhalten. Da IC 109 die Lampenleistung regelt und die abgetastete Lampenspannung auf einen Mindestwert begrenzt wird, wird der Lampenstrom auf einen akzeptablen Maximalpegel begrenzt.
  • Es wird eine Hilfsstromquelle, welche durch Sekundärwicklung 78 von Transformator T, Widerstand 162 und Kondensator 163 gebildet wird, vorgesehen, um Flimmern zu verhindern. Flimmern wird hervorgerufen, indem IC 109 auf Grund der Tatsache, dass der Spannungspegel an Pin VDD unterhalb eines, zur Speisung von IC 109 erforderlichen Mindestschwellwerts fällt, vorübergehend abgeschaltet wird. Während Lampe 85 eingeschaltet wird, entnimmt CFL 10 mehr Strom, wodurch bewirkt werden kann, dass die von Bus 101 zugeführte Spannung kurzzeitig abgesenkt wird. Da die Spannung an Pin VDD auf der von Bus 101 zugeführten Spannung basiert, resultiert eine kurzzeitige Herabsetzung des Spannungspegels an Pin VDD unterhalb seines Mindestschwellwerts in Flimmern.
  • Die Hilfsstromquelle ergänzt die Hauptstromversorgung. Die von Zener-Diode 121 vorgesehene Hauptstromverorgung gibt an Kondensator 157 bei Laden desselben eine pulsierende Spannung ab. Die Spannung an Pin VDD wird durch die Spannung an Kondensator 157 und entsprechend dieser festgelegt. Die Hilfsstromquelle gibt nach, jedoch nicht während des Vorheizens, eine gleichgerichtete Spannung ab, welche durch Kopplung der Spannung an Wicklung 78 über Widerstand 162, Kondensator 163 und Diode 123 an Pin VDD angelegt wird. Die Hilfsstromquelle führt Pin VDD einen DC-Offsetstrom zu, welcher sicherstellt, dass die Spannung an Pin VDD über einem Mindestschwellwert von etwa 10 Volt zur Speisung von IC 109 aufrechterhalten wird. Die kurzzeitige, von Lampe 85 hervorgerufene Lichtunterbrechung (d. h. Flimmern) bei Einschalten derselben auf Grund der erhöhten Last wird dadurch verhindert.
  • Die Leistung wird von Übergang 83 zu dem Übergang, an welchem Dioden D2 und D4 sowie Kondensator 51 zusammengeschaltet sind, entlang Leistungsrückführleitung 87 zu Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 zurückgeführt. Um die „Overboost"-Spannung, die der Lampe 85 von Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 zugeführt wird, zu verringern und die Menge des Stroms bei Zündung und Dimmung zu erhöhen, wurde die durch die Kondensatoren 81 und 82 des Resonanztankkreises dargestellte Kapazität zwischen diesen aufgeteilt. Rückkopplungsstrom fließt lediglich durch Kondensator 81 und ist von dem Verhältnis von Kondensator 81 zu Kondensator 82 abhängig. Das Verhältnis von Kondensator 81 zu Kondensator 82 ist von dem Verhältnis von Lampenspannung (d. h. Spannung an Lampe 85) zu Speisespannung (d. h. Spannung von Wechselspannungsquelle 20) abhängig.
  • Die Dioden D1 und D3 leiten, wenn die Speisespannung positiv ist. Die Dioden D2 und D4 leiten, wenn die Speisespannung negativ ist. Während der Spitzenwertphase jeder Halbwelle der Netzspannung (d. h. Spannung von Wechselspannungsquelle 20) wird kein Hochfrequenzrückkopplungseinfluss von Kondensator 81 ausgeübt. Das heißt, die Spannung während der Spitzenwertphase jeder Halbwelle der Netzspannung ist höher als die Spannung an Übergang 83, so dass der auf Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 ausgeübte Hochfrequenzeinfluss durch die Dioden D2 und D4 blockiert wird.
  • Kondensator 51 ist durch einen DC-Sperrkondensator dargestellt, welcher den die Dioden D1 und D3 verbindenden Übergang mit dem die Dioden D2 und D4 verbindenden Übergang im Hinblick auf den Hochfrequenzrückkopplungseinfluss von Kondensator 81 elektrisch verbindet. Kondensator 51 stellt dadurch sicher, dass der Hochfrequenzrückkopplungseinfluss sowohl für die positive als auch die negative Halbwelle der Netzspannung gleich ist. Die Rückkopplungshöhe verändert sich auf Grund der Netzspannung und Dimmungseinstellung. Die Kondensatoren 81 und 82 sind im Hinblick auf die, zu Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 zurückgeführte Hochfrequenzleistung parallel zu Lampe 85 effektiv. Die zu Gleichrichter/Spannungsverdoppler zurückgeführte Leistung reflektiert die Spannung an Lampe 85.
  • Durch die Leistungsrückkopplungsschaltung kann CFL 10 vorteilhafterweise bei einem weit unter 1,0 (z. B. etwa 0,7) liegenden Leistungsfaktor arbeiten. Liegt der Leistungsfaktor bei etwa 1,0, werden die Komponenten in Wechselrichter 60 und Last 70 weitaus mehr beansprucht als bei einem geringeren Leistungsfaktor. Die Leistungsrückkopplungsschaltung erhöht den Leistungsfaktor in ausreichendem Maße auf den Minimalpegel von etwa 0,7, welcher zur Aufrechterhaltung der Leitung von Triac 35 erforderlich ist.
  • Wenden wir uns nun 4 zu. IC 109 sieht einen Leistungsregelungs- und Dimmungsregelungsschaltkreis 250 vor. Der Differenzstrom zwischen Pins LI1 und LI2 wird einem aktiven Gleichrichter 300 zugeführt. Der aktive Gleichrichter 300 nimmt, um einen Spannungsabfall, welcher mit Dioden gewöhnlich verknüpft wird, zu vermeiden, unter Verwendung eines Verstärkers mit innerer Rückwirkung an Stelle einer Diodenbrücke eine Vollweggleichrichtung der Wechselspannungswellenform vor. Eine Stromquelle 303 erzeugt in Reaktion auf die abgegebene Leistung des aktiven Gleichrichters 300 einen gleichgerichteten Strom ILDIFF, welcher den Stromfluss durch Lampe 85, der als eine von zwei Eingangsleistungen einem Stromvervielfacher 306 zugeführt wird, darstellt.
  • Während des Vorheizens wird ein p-Kanal-MOSFET 331 ein- und ein n-Kanal-MOSFET 332 ausgeschaltet, um den Pin VL auf das Spannungspotential von Pin VDD zu bringen. Am Ende der Vorheizperiode (z. B. 1 Sekunde lang) wird p-Kanal-MOSFET 331 ab- und n-Kanal-MOSFET 332 eingeschaltet, damit eine Leistungs- und Dimmungsregelung von Wechselrichter 60 stattfinden kann. Der auf die Vorheizperiode folgende Strom fließt durch den Pin VL und n-Kanal-MOSFET 332 und wird von einem Widerstand 333 skaliert. Eine Stromquelle (d. h. Stromverstärker) 336 erzeugt in Reaktion auf den skalierten Strom von dem Pin VL ein Stromsignal NL. Eine Stromklemme 339 begrenzt den Maximalpegel von Stromsignal NL, welches dem anderen Eingang von Vervielfacher 306 zugeführt wird. Eine Stromquelle 309 gibt in Reaktion auf die Leistungsabgabe von Vervielfacher 306 einen Strom ICRECT ab, welcher sowohl dem Pin CRECT als auch dem nicht invertierenden Eingang eines Verstärkers 312 der Regelabweichung zugeführt wird. Wie in 3 dargestellt, wandelt die Parallelschaltung von Kondensator 192 und Widerstand 195 parallel zu der Reihenschaltung von Widerstand 193 und Kondensator 194 den gleichgerichteten Wechselstrom an dem Pin CRECT in eine Gleichspannung um.
  • Wieder auf 4 zurückkommend, wird an dem Pin DIM eine Gleichspannung an eine Spannungsklemmschaltung 315 angelegt. Die Spannungsklemmschaltung 315 begrenzt die Spannung an dem Pin CRECT auf 0,3 bis 3,0 Volt. Der Ausgang von Spannungsklemmschaltung 315 wird dem invertierenden Eingang des Verstärkers 312 der Regelabweichung zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 312 der Regelabweichung regelt den Pegel des durch eine Stromquelle 345 fließenden Stroms IDIF. Ein Stomkomparator 348 vergleicht Strom IDIF mit einem Referenzstrom IMIN und einem Strom IMOD und gibt das Stromsignal größter Stärke ab. Der Strom IMOD wird von einem Schaltkondensatorintegrator 327 geregelt. Der von Stromkomparator 348 abgegebene Strom liefert ein Steuersignal, welches die Schwingungsfrequenz (Schaltfrequenz) bestimmt, auf welcher VCO 318 oszilliert. Sobald die Lampe zündet, sind die Spannung an Pin CRECT und der Strom IDIF Null. Der Ausgang des Komparators 348 wählt unter IMIN, IDIF und IMOD den maximalen Strompegel aus, welcher IMOD ist. Der Strom IDIF steigt an, während sich die Spannung an Pin CRECT bis zu der Spannung an Pin DIM aufbaut. Wenn der Strom IDIF den Strom IMOD überschreitet, entspricht der Ausgang von Komparator 348 dem Strom IDIF.
  • Die Rückkopplungsschleife ist um Verstärker 312 der Regelabweichung zentriert und weist viele Komponenten innerhalb oder außerhalb von IC 109 auf, um die Spannung an dem Pin CRECT der Spannung an dem Pin DIM gleichzusetzen. Liegt die Spannung an dem Pin DIM unter -,3 Volt, wird an den invertierenden Eingang von Verstärker 312 der Regelabweichung eine Gleichspannung von 0,3 Volt angelegt. Sobald die Spannung an dem Pin DIM 3,0 Volt überschreitet, werden an den Verstärker 312 der Regelabweichung 3,0 Volt angelegt. Die an den Pin DIM angelegte Spannung sollte sich zwischen einschließlich 0,3 Volt und einschließlich 3,0 Volt bewegen, um ein gewünschtes Verhältnis von 10 : 1 zwischen der maximalen und der minimalen Lichtstärke der Lampe 85 zu erreichen. Der Eingang zu Vervielfacher 306 wird durch Stromklemme 339 begrenzt, um eine richtige Skalierung des Stroms in Vervielfacher 306 vorzusehen.
  • Die Frequenz von CCO 318 regelt in Reaktion auf den Ausgang von Komparator 348 die Schaltfrequenz von Halbbrückenwechselrichter 60. Während des Vorheizens und des Zünddurchlaufs führt Komparator 348 CCO 318 den Strom IMOD zu. Komparator 348 gibt an CCO 318 den Strom IDIF während des stabilen Betriebs ab. CCO 318 begrenzt in Reaktion auf den Strom IMIN bei Abgabe desselben durch Komparator 348 die Minimalschaltfrequenz. Die Minimalschaltfrequenz basiert ebenfalls auf Kondensator 159 und Widerstand 156, welche an Pins CF und RREF jeweils extern mit IC 109 verbunden sind. Wechselrichter 60 erreicht einen Betrieb mit geschlossener Rückkopplungsschleife, wenn die Spannung an Pin CRECT der Spannung an Pin DIM entspricht. Verstärker 312 der Regelabweichung stellt den von Komparator 348 abgegebenen Strom IDIF so ein, dass die Spannung an Pin CRECT in etwa der Spannung an Pin DIM entsprechend aufrechterhalten wird.
  • Bei Ermitteln, ob sich der Wechselrichter 60 in dem kapazitiven Betriebsmodus oder nahe an diesem befindet, überwacht eine Resonanzinduktor-Stromerfassungsschaltung den Strom des Resonanzinduktors, wie durch das Signal an dem Pin RIND dargestellt. Der Wechselrichter 60 befindet sich in dem kapazitiven Betriebsmodus, wenn der durch Wicklung 75 fließende Strom gegen die Spannung an Schalter 112 voreilt. In dem kapazitivnahen Betriebsmodus eilt der durch Wicklung 75 fließende Strom noch nicht gegen die Spannung an Schalter 112 vor, ist jedoch kurz davor. So liegt zum Beispiel bei einer auf Wicklung 75 und den Kondensatoren 80, 81 und 82 basierenden Resonanzfrequenz von etwa 50 kHz ein kapazitivnaher Betriebsmodus vor, wenn der durch Wicklung 75 fließende Strom gegen die Spannung an Schalter 112 nacheilt, jedoch innerhalb etwa 1 Mikrosekunde diese erreicht hat.
  • Schaltung 364 erkennt ebenfalls, ob eine Leitung in Flussrichtung oder eine Body-Diodenleitung (von dem Substrat zu dem Drain) von Schalter 100 oder 112 stattfindet. Ein von der Resonanzinduktor-Stromerfassungsschaltung 364 erzeugtes Signal IZEROb, das heißt, ein an dem Ausgang Q eines Flipflops 370 erzeugtes Signal IZEROb weist einen hohen Logikpegel auf, wenn Schalter 100 oder 112 in Flussrichtung leitet, während es einen niedrigen Logikpegel aufweist, wenn die Body-Diode von Schalter 100 oder 112 leitet. Signal IZEROb wird einem Pin IZEROb von CCO 318 zugeführt. Weist Signal IZEROb einen niedrigen Logikpegel auf, befindet sich die Wellenform an dem CF-Pin 379 im Wesentlichen auf einem konstanten Niveau. Weist Signal IZEROb einen hohen Logikpegel auf und Schalter 100 ist leitend, steigt die Spannung an dem Pin CF an. Sobald Signal IZEROb einen hohen Logikpegel aufweist und der Schalter 112 leitend ist, fällt die Spannung an dem Pin CF ab.
  • Ein Signal CM, das von der Resonanzinduktor-Stromerfassungsschaltung 364 erzeugt wird, das heißt, ein von einem ODER-Gatter 373 erzeugtes Signal CM, weist einen hohen Logikpegel auf, wenn sich die Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 in dem kapazitivnahen Betriebsmodus befindet Ein Schaltkondensatorintegrator 327 bewirkt auf Grund des Signals CM, welches einen hohen Logikpegel aufweist, eine Zunahme der abgegebenen Leistung von Stromquelle 329 (d. h. Strom IMOD). Die Zunahme der Stärke des Stroms IMOD bewirkt, dass Komparator 348 VCO 318 den Strom IMOD zuführt, wodurch eine Erhöhung der Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 stattfindet. Der kapazitivnahe Betriebsmodus wird von der Resonanzinduktor-Stromerfassungsschaltung 364 durch Überwachen des Vorzeichens (+ oder –) der Spannungskurvenform an dem Pin RIND während der Vorderflanke (ansteigenden Flanke) jedes an Pin G1 und G2 von IC 109 erzeugten Gateansteuerungsimpulses nachgewiesen. Ist das Vorzeichen der Spannungskurvenform an dem Pin RIND während der Vorderflanke von Gateimpuls G1 + (positiv) oder von Gateimpuls G2 – (negativ), befindet sich Wechselrichter 60 in einem kapazitivnahen Betriebsmodus.
  • Ein NAND-Gatter 376 gibt ein Signal CMPANIC ab, welches einen hohen Logikpegel aufweist, wenn Wechselrichter 60 in dem kapazitiven Modus arbeitet. Sobald der kapazitive Modus nachgewiesen wird, steigt der Pegel des Stroms IMOD in Reaktion auf den schnellen Anstieg der Leistungsabgabe von Schaltkondensatorintegrator 327 rapide an. VCO 318 steuert, basierend auf dem Signal IMOD, Widerstand 156 und Kondensator 159, einen relativ rapiden Anstieg auf die maximale Schaltfrequenz von Wechselrichter 60. Der kapazitive Modus wird durch Überwachen des Vorzeichens (+ –) der Spannungskurvenform an dem Pin RIND während der Rückflanke (abfallenden Flanke) jedes an Pin G1 und G2 von IC 109 erzeugten Gateansteuerungsimpulses nachgewiesen. Ist das Vorzeichen der Spannungskurvenform an dem Pin RIND während der Rückflanke von Gateimpuls G1 – (negativ) oder von Gateimpuls G2 + (positiv), arbeitet Wechselrichter 60 in einem kapazitiven Betriebsmodus.
  • Ein Schaltkreis 379 stellt in Reaktion auf den Wert von Kondensator 165 (zwischen Pin CP und Erde geschaltet) die Zeitpunkte ein, um die Glühfäden von Lampe 85 vorzuheizen und Wechselrichter 60 in einen Standbymodus zu versetzen. Während der Vorheizperiode werden an dem Pin CP zwei Impulse (der Dauer einer Sekunde) erzeugt. Die Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 beträgt während der Vorheizperiode etwa 80 kHz. Am Ende der Vorheizperiode nimmt ein Signal IGNST einen hohen Logikpegel an, wodurch ein Zündstart, das heißt, ein Zünddurchlauf der Schaltfrequenz von etwa 80 kHz bis etwa gerade oberhalb der Resonanzfrequenz von Wicklung 75 und Kondensatoren 80, 81 und 82 von zum Beispiel etwa 60 kHz (unbelastete Resonanzfrequenz) ausgelöst wird. Dieser Zünddurchlauf kann bei einer Geschwindigkeit von z. B. 10 kHz/Millisekunden stattfinden.
  • IC 109 regelt die Amplitude des durch Resonanzwicklung 75 fließenden Stroms, welcher an dem Pin RIND erfasst wird. Sobald die Spannungsstärke an dem Pin RIND -,4 überschreitet, nimmt ein von einem Komparator 448 abgegebenes Signal PC einen hohen Logikpegel an, wodurch die von Schaltkondensatorintegrator 327 abgegebene Leistung den Pegel des Stroms IMOD einregelt. Die Folge ist eine Erhöhung der RMS-Schaltfrequenz, wodurch die Amplitude des durch Resonanzwicklung 75 fließenden Stroms reduziert wird. Sobald die Spannungsstärke an dem Pin RIND unter -,4 fällt, nimmt ein Signal PC einen niedrigen Logikpegel an, der bewirkt, dass die von Schaltkondensatorintegrator 327 abgegebene Leistung den Pegel des Signals IMOD so einregelt, dass die Schaltfrequenz abnimmt. Daraus ergibt sich eine Zunahme des durch Resonanzwicklung 75 flie ßenden Stroms. Es wird ein gut geregelter Stromfluss durch Resonanzwicklung 75 erreicht, welcher während des Vorheizens eine im Wesentlichen konstante Spannung an jedem Glühfaden von Lampe 85 ermöglicht. Alternativ kann bei Vorheizen ein im Wesentlichen konstanter Stromfluss durch die Glühfäden erreicht werden, indem ein Kondensator (nicht dargestellt) in Reihe mit jedem Glühfaden vorgesehen wird.
  • Schaltkreis 379 weist ebenfalls einen Zündtimer auf, welcher nach Ablauf der Vorheizperiode einsetzt. Sobald dieser aktiviert ist, wird an dem Pin CP ein Impuls erzeugt. Wird nach diesem Impuls entweder ein kapazitiver Modus des Wechselrichterbetriebs oder ein Überspannungszustand an Lampe 85 festgestellt, wird IC 109 in einen Standbymodus versetzt. Im Standbymodus stoppt VCO 318 die Oszillation, wobei Schalter 112 und 100 jeweils in einem leitenden und nicht leitenden Zustand gehalten werden. Zum Verlassen des Standbymodus muss die Versorgungsspannung für IC 109 (d. h. die Pin VDD zugeführte) mindestens auf einen Abschaltschwellwert oder einen Wert unter diesem (z. B. 10 Volt) reduziert und dann mindestens auf einen Einschaltschwellwert (z. B. 12 Volt) erhöht werden.
  • Der Vorheiztimer weist eine Schmitt-Triggerschaltung 400 (d. h. einen Komparator mit Hysterese) auf, welche die Auslösepunkte der CP-Wellenform einstellt. Diese Auslösepunkte stellen die an den Eingang der Schmitt-Triggerschaltung 400 angelegten Spannungen zum Ein- und Ausschalten derselben dar. Ein Schalter 403 erzeugt im leitenden Zustand einen Weg zum Entladen von Kondensator 165. Schalter 403 wird bei jedem von der Schmitt-Triggerschaltung 400 erzeugten Impuls für die Dauer desselben in einen leitenden Zustand versetzt. Kondensator 165 wird entladen, sobald die Spannung an dem Pin CP den oberen Auslösepunkt, wie durch die Schmitt-Triggerschaltung 400 erzeugt, überschreitet. Der Entladungsweg sieht den Pin CP, Schalter 403 und eine Schaltkreiserdung vor. Kondensator 165 wird durch eine Stromquelle 388 geladen. Bei Feststellen eines kapazitiven Betriebsmodus, wie durch die Erzeugung eines Signals CMPANIC an einem NAND-Gatter 376 widergespiegelt, wird ein Schalter 392 eingeschaltet. Kondensator 165 wird nun ebenfalls durch eine Stromquelle 391 geladen. Der Kondensator 165 aufladende Strom ist 10 mal höher, wenn der kapazitive Betriebsmodus nachgewiesen wird. Die Spannung an dem Pin CP erreicht den oberen Auslösepunkt der Schmitt-Triggerschaltung 400 in 1/10 der Zeit, welche es kostet, wenn kein kapazitiver Modus festgestellt wird. Der Impuls an dem Pin CP ist daher bei Nachweisen des kapazitiven Betriebsmodus 10 mal kürzer als bei Nichtfeststellen desselben. Infolgedessen wird IC 109 in relativ kurzer Zeit in den Standbymodus versetzt, sobald eine Zunahme der Schaltfrequenz den Zustand des kapazitiven Betriebsmodus nicht ausschaltet.
  • Der Vorheiztimer weist ebenfalls einen D-Flipflop auf, welcher den Zähler 397 bildet. An dem Ausgang eines NAND-Gatters 406 wird ein Signal COUNT 8b erzeugt, welches am Ende der Zündperiode einen niedrigen Logikpegel annimmt. Ein Gatter 412 gibt einen hohen Logikpegel ab, sobald ein, einen minimalen Schwellwert vorsehender Überspannungszustand (d. h., wie durch das Signal OVCLK dargestellt) an Lampe 85 oder ein kapazitiver Modus des Wechselrichterbetriebs (d. h., wie durch Signal CMPANIC dargestellt) nachgewiesen wurde. Sobald der Ausgang eines Gatters 415 einen hohen Logikpegel annimmt, wird Schalter 403 eingeschaltet, was in der Entladung von Kondensator 165 resultiert.
  • Wie oben erörtert, wird der von dem Pin VL kommende Eingangsstrom im Anschluss an die Vorheizperiode zum Zwecke der Leistungs- und Dimmungsregelung über Stromquelle 336 dem Vervielfacher 306 zugeführt. Der Eingangsstrom von dem Pin VL speist über eine Stromquelle 417, eine Stromquelle 418 und eine Stromquelle 419 ebenfalls jeweils die nicht invertierenden Eingänge eines Komparators 421, 424 und 427.
  • Komparator 421 aktiviert in Reaktion auf den Nachweis, dass die Lampenspannung eine minimale Überspannungsschwelle überschritten hat, den Zündtimer. Sobald nach Ablauf des Zündtimers der, einen minimalen Schwellwert vorsehende Überspannungszustand vorliegt, wird IC 109 in den Standbymodus versetzt. Ein D-Flipflop 430 steuert den Ausgang von Komparator 421 an der abfallenden Flanke des an Pin G2 erzeugten Gateimpulses mit einem Takt. Die Logikschaltung von einem D-Flipflop 433, einem UND-Gatter 436 und einem NOR-Gatter 439 bewirkt, dass ein Schalter (ein n-Kanal-MOSFET) 440 geöffnet und dadurch das Signal ICRECT blockiert wird, sobald die minimale Überspannungsschwelle während des ersten Zünddurchlaufs überschritten wird. Der Eingang D von Flipflop 433 ist mit einem inneren Knotenpunkt 385 verbunden. Eingang D von Flipflop 433 nimmt am Ende der Vorheizperiode einen hohen Logikpegel an, sobald ein minimaler Überspannungszustand festgestellt wird. Der Ausgang von Flipflop 433 nimmt in Reaktion auf den hohen Logikpegel an dessen Eingang D einen niedrigen Logikpegel an, wodurch bewirkt wird, dass der Ausgang von Gatter 439 auf einen niedrigen Logikpegel schaltet. Schalter 440 wird geöffnet, wodurch verhindert wird, dass das Signal ICRECT den Pin CRECT erreicht. Wird verhindert, dass das Signal ICRECT den Pin CRECT erreicht, wird Kondensator 192 über Widerstad 195 entladen. Eine vollständige Entladung erfolgt, wenn das externe Offset 198 nicht verwendet wird. Eine Teilentladung findet statt, wenn Offset 198 wie in 2 dargestellt eingesetzt wird. In beiden Fällen reduziert eine Entladung von Kondensator 192 die Spannung an dem Pin CRECT, um sicherzustellen, dass die Rückkopplungsschleife nicht geschlossen wird. Während der Vorheizperiode weist das Signal IGNST an dem inneren Knotenpunkt 385 einen niedrigen Logikpegel auf. NOR-Gatter 439 schaltet daher Schalter 440 während der Vorheizperiode aus. Dem Verstärker 312 der Regelabweichung wird kein Signal ICRECT zugeführt bzw. es fließt kein Signal ICRECT aus dem Pin CRECT, um Kondensator 192 zu laden.
  • Sobald der Zünddurchlauf beginnt, was unmittelbar nach Beendigung der Vorheizperiode der Fall ist, weist das Signal IGNST einen hohen Logikpegel auf. Schalter 440 wird nun eingeschaltet und bleibt während des Zünddurchlaufs eingeschaltet, falls nicht eine minimale Überspannungsschwelle (z. B. etwa die Hälfte der Maximalspannung, welche bei Zündung an Lampe 85 angelegt wird) von Komparator 421 nachgewiesen wird. Während des Zünddurchlaufs nimmt die Schaltfrequenz ab, was in einer Zunahme der Spannung an Lampe 85 und des erfassten Lampenstroms resultiert. Die Stärke des Signals ICRECT nimmt zu, wodurch Kondensator 192 geladen wird, was zu einem Anstieg der Spannung an dem Pin CRECT führt. Bei geringen Dimmungsstärken könnte die Spannung an dem Pin CRECT der Spannung an dem Pin DIM entsprechen. Ohne weitere Intervention schließt der Verstärker 312 der Regelabweichung, welcher keine Differenz zwischen diesen beiden Spannungen feststellt, vor erfolgreicher Zündung von Lampe 85 vorzeitig die Rückkopplungsschleife.
  • Um das vorzeitige Schließen der Rückkopplungsschleife zu vermeiden, schaltet Gatter 439 den Schalter 440 während des Zünddurchlaufs aus und hält diesen in diesem Zustand, solange ein, einen minimalen Schwellwert vorsehender Überspannungszustand, wie von Komparator 421 nachgewiesen, vorliegt. Durch Sperren des Signals ICRECT, damit dieses den Pin CRECT nicht erreicht, fällt die Spannung an dem Pin CRECT ab, wodurch verhindert wird, dass diese der Spannung an Pin DIM entspricht, selbst wenn Letztere auf ein tiefes Dimmungsniveau eingestellt ist. Infolgedessen kann die Rückkopplungsschleife während des Zünddurchlaufs nicht geschlossen werden und kann dadurch nicht verhindern, dass eine erfolgreiche Zündung stattfindet. Vorzugsweise wird Schalter 440 während des Zünddurchlaufs, welcher einsetzt, wenn die Lampenspannung die minimale Überspannungsschwelle erreicht und sich fortsetzt, bis Lampe 85 zündet, lediglich einmal ausgeschaltet. Bei ausgeschaltetem Schalter 440 kann Kondensator 192 über Widerstand 195 in ausreichendem Maße entladen werden, um sicherzustellen, dass die Rückkopplungsschleife während des Zünddurchlaufs nicht vorzeitig geschlossen wird.
  • Bei Steuersystemen einer konventionellen Kompaktleuchtstofflampe wird der Lampe, um eine erfolgreiche Zündung derselben vorzusehen, über einen unerwünscht langen Zeitraum (z. B. bis zu mehreren Sekunden) ein relativ hohes Leistungsniveau zugeführt. Beim Versuch, eine Lampe auf einem verhältnismäßig niedrigen Helligkeitsniveau zu zünden, kann der unerwünscht lange Zeitraum, über welchen das relativ hohe Leistungsniveau der Lampe zugeführt wird, in einem, als Zündblitz bezeichneten Zustand resultieren. Unter diesen Umständen tritt ein kurzzeitiger Lichtblitz, möglicherweise weitaus heller als erwünscht, auf.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Zündblitz im Wesentlichen eliminiert, das heißt, er wurde so minimiert, dass er nicht wahrgenommen wird. Das wesentliche Eliminieren des Zündblitzes wurde erreicht, indem der unerwünscht lange Zeitraum, über welchen der Lampe 85 das relativ hohe Leistungsniveau zugeführt wird, verhindert wurde. Präziser gesagt, der Lampe 85 wird über einen Zeitraum von etwa einer Millisekunde oder weniger ein relativ hohes Leistungsniveau zugeführt, bevor dieses im Anschluss an die Lampenzündung in seiner Stärke reduziert wird. Diese sofortige Reduzierung der Lampenleistung wird durch Überwachen der Überspannungszustände und insbesondere bei Abfallen der Lampenspannung unter die minimale Überspannungsschwelle (wie von Komparator 421 bestimmt), bevor Schalter 440 erneut geschlossen werden kann, erreicht. Dieser Abfall der Lampenleistung unter die minimale Überspannungsschwelle tritt unverzüglich bei erfolgreicher Zündung von Lampe 85 ein. Mit anderen Worten, bei hohen Dimmungsniveaus, bei welchen ein Zündblitz auftreten kann, wird Letzterer verhindert, indem zuerst erkannt wird, wenn die Lampenspannung erreicht worden ist und/oder die minimale Überspannungsschwelle überschritten hat, und danach erkannt wird, wenn die Lampenspannung unter die minimale Überspannungsschwelle abgefallen ist.
  • Der Ausgang von Komparator 424 nimmt einen hohen Logikpegel an, sobald die Lampenspannung die maximale Überspannungsschwelle (d. h. zweimal die minimale Überspannungsschwelle) überschreitet. Sobald der Ausgang von Komparator 424 ohne Nachweis des kapazitivnahen Modus einen hohen Logikpegel aufweist, erhöht Schaltkondensatorintegrator 327 auf Grund der Tatsache, dass der Ausgang Q eines D-Flipflops 445 einen hohen Logikpegel annimmt (d. h. das von Flipflop 445 abgegebene Signal FI (Frequenzzunahme) einen hohen Logikpegel annimmt), die Schwingungsfrequenz von VCO 318 und infolgedessen die Schaltfrequenz bei einer konstanten Geschwindigkeit (z. B. bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 10 kHz/Millisek.). Der Zeitintervall der Schaltperiode von Wechselrichter 60 wird daher reduziert. Sobald der Ausgang von Komparator 424 einen hohen Logikpegel aufweist und ein kapazitivnaher Zustand nachgewiesen wird, erhöht Schaltkondensatorintegrator 327 auf Grund der Tatsache, dass der Ausgang eines NAND-Gatters 442 einen hohen Logikpegel annimmt (d. h. das von NAND-Gatter 442 abgegebene Signal FSTEP (Frequenzstufe) einen hohen Logikpegel annimmt) unverzüglich (z. B. innerhalb 10 Mikrosekunden) die Schwingungsfrequenz von VCO 318 und folglich die Schaltfrequenz auf deren Maximalwert (z. B. 100 kHz). Die Schaltperiode von Wechselrichter 60 wird in Reaktion darauf, dass VCO 318 nun einen maximalen Schwingungswert aufweist, auf deren Mindestzeitintervall (z. B. 10 Mikrosekunden) reduziert.
  • Der Ausgang von Komparator 427 nimmt einen hohen Logikpegel an, sobald die Lampenspannung eine Überspannungsnotschwelle (d. h. über der maximalen Überspannungsschwelle) überschreitet. Sobald der Ausgang von Komparator 427 einen hohen Logikpegel aufweist, erhöht Schaltkondensatorintegrator 327 auf Grund der Tatsache, dass der Ausgang eines NAND-Gatters 442 einen hohen Logikpegel annimmt (d. h. das von NAND-Gatter 442 abgegebene Signal FSTEP (Frequenzstufe) einen hohen Logikpegel annimmt), die Schaltfrequenz von VCO 318 unverzüglich auf deren Maximalwert.
  • Die Gateansteuerschaltung 320 ist vom Stand der Technik her bekannt und wird in U.S.-Patent 5 373 435 näher beschrieben. Die Beschreibung der Gateansteuerschaltung in U.S. Patent 5 373 435 ist hier durch Hinweis darauf summarisch eingefügt worden. Pins FVDD, G1, S1 und G2 von IC 109 entsprechen Knotenpunkten P1, P2, P3 und GL, wie in 1 von U.S.-Patent 5 373 435 dargestellt. Die hier aus 3 ersichtlichen Signale G1L und G2L entsprechen jeweils den Signalen an Anschluss INL und zwischen einem Steuerelement und Pegelumsetzer, wenn die obere Ansteuerung DU in U.S.-Patent 5 373 435 eingeschaltet ist.
  • Ein Versorgungsregler 592 weist einen Bandabstandsregler 595 auf, welcher eine Ausgangsspannung von etwa 5 Volt erzeugt. Regler 595 ist über einen großen Temperatur- und Versorgungsspannungs-(VDD)-Bereich im Wesentlichen unabhängig. Der Ausgang einer Schmitt-Triggerschaltung (d. h. Komparator mit Hysterese) 598, bezeichnet als Signal LSOUT (Low Supply Out), kennzeichnet den Zustand der Versorgungsspannung. Sobald die Eingangsversorgungsspannung an dem Pin VDD eine Einschaltschwelle (z. B. 12 Volt) überschreitet, nimmt das Signal LSOUT einen niedrigen Logikpegel an. Fällt die Eingangsversorgungsspannung an dem Pin VDD unter eine Abschaltschwelle (z. B. 10 Volt), nimmt das Signal LSOUT einen hohen Logikpegel an. Während des Inbetriebsetzens nimmt das Signal LSOUT einen hohen Logikpegel an, welcher den Ausgang einer Verriegelung 601, bezeichnet als ein Signal STOPOSC, auf einen hohen Logikpegel einstellt. VCO 318 stoppt in Reaktion auf die Tatsache, dass das Signal STOPOSC einen hohen Logikpegel annimmt, die Oszillation und setzt den Pin CF mit der Ausgangsspannung von Bandabstandsregler 595 gleich.
  • Sobald die Versorgungsspannung an dem Pin VDD die Einschaltschwelle überschreitet, was zur Folge hat, dass das Signal LSOUT einen niedrigen Logikpegel annimmt, nimmt das Signal STOPOSC einen niedrigen Logikpegel an. VCO 318 steuert in Reaktion auf das Signal STOPOSC, welches einen niedrigen Logikpegel aufweist, den Wechselrichter 60, um, wie hier beschrieben, auf einer Schaltfrequenz zu oszillieren, wobei dem Pin CF eine im Wesentlichen trapezförmige Wellenform zugeführt wird. Sobald die Spannung an dem Pin VDD unter die Abschaltschwelle abfällt und die Gateansteuerung an Pin G2 einen hohen Logikpegel annimmt, stoppt VCO 318 die Oszillation. Die Schalter 100 und 112 werden jeweils in ihrem nicht leitenden und leitenden Zustand gehalten.
  • Der Ausgang von Verriegelung 601 nimmt ebenfalls einen hohen Logikpegel an, was zur Folge hat, dass VCO 318 aufhört zu oszillieren und in einen Standbymodus versetzt wird, sobald der Ausgang eines NOR-Gatters 604 einen hohen Logikpegel annimmt. Der Ausgang von NOR-Gatter 604, als Signal NOIGN gekennzeichnet, nimmt einen hohen Logikpegel an, wenn nach Verstreichen der Zündperiode entweder ein Überspannungszustand an Lampe 85 oder ein kapazitiver Modus des Wechselrichterbetriebs nachgewiesen wird. Jeder dieser Zustände tritt auf, wenn Lampe 85 von dem Schaltkreis entfernt wird. Der Überspannungszustand tritt auf, wenn Lampe 85 nicht gezündet werden kann.
  • 5 zeigt eine Schmitt-Triggerschaltung 598. Mehrere Widerstände 701, 704, 707 und 710 sind in Reihe geschaltet und bilden zwischen Pin VDD und einer Schaltkreiserdung einen Spannungsteiler. Der leitende Zustand eines Transistors 713 in einem ersten Ausführungsbeispiel der Schmitt-Triggerschaltung wird, basierend auf dem Logikpegel eines Signals IGNST (negiert), gesteuert. Dieses erste Ausführungsbeispiel der Schmitt-Triggerschaltung wird durch Schließen eines Schalters 714 dargestellt. Das Schließen von Schalter 714 in der Schmitt-Triggerschaltung 598 gleicht der vorzugsweise vorge nommenen Eliminierung von Schalter 714 bei unmittelbar mit dem Gate von Transistor 713 gekoppeltem Signal IGNST (negiert).
  • Die Spannung an einem invertierenden Eingang eines Komparators 719 ist von dem Spannungsteiler abhängig, welcher wiederum von der Spannung von Pin VDD und dem Logikpegel des Signals IGNST (negiert) abhängig ist. Komparator 719 vergleicht die Spannung an dem invertierenden Eingang mit der Spannung an VREG 595. Der Hystereseeffekt zwischen dem hohen und dem niedrigen Logikpegel des Ausgangssignals LSOUT wird durch einen Transistor 716 vorgesehen.
  • Die Spannung an Pin VDD verändert sich während und nach der Vorheizperiode. Signal IGNST (negiert) nimmt während der Vorheizperiode einen hohen Logikpegel und im Anschluss an diese einen niedrigen Logikpegel an. Die Spannung an Pin VDD, bei welcher VCO 318 die Oszillation unterbricht (im Folgenden als Unterspannungssperrpegel (UVLO level) bezeichnet) verändert sich auf Grund des Logikpegels des Signals IGNST (negiert). Der UVLO-Pegel weist einen höheren Schwellwert auf, wenn sich das Signal IGNST (negiert) auf einem hohen Logikpegel (d. h. während des Vorheizens) befindet, als wenn sich das Signal IGNST (negiert) auf einem niedrigen Logikpegel (d. h. nach Vorheizen) befindet.
  • Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Schmitt-Triggerschaltung modifiziert werden, indem das Signal IGNST (negiert) nicht mehr dem Gate von Transistor 713 zugeführt wird (im Folgenden als alternatives Ausführungsbeispiel der Schmitt-Triggerschaltung bezeichnet). Der UVLO-Pegel verändert sich nun nicht. Das alternative Ausführungsbeispiel der Schmitt-Triggerschaltung ist durch Öffnen des Schalters 714 dargestellt. Das Öffnen des Schalters 714 gleicht in dem alternativen Ausführungsbeispiel der Schmitt-Triggerschaltung der vorzugsweise durchgeführten Eliminierung von Transistor 713, Schalter 714 und Kopplung mit dem Signal IGNST (negiert).
  • Unter Anwendung der Erfindung durch Verwendung der Schmitt-Triggerschaltung 598 und/oder der Hilfsstromquelle wird ein Flimmern von Lampe 85 verhindert. Die Schmitt-Triggerschaltung 598 und/oder die Hilfsstromquelle verhindern, dass IC 109 auf Grund des Abfallens des Spannungspegels an Pin VDD unterhalb eines, zur Speisung von IC 109 erforderlichen Mindestschwellwerts kurzzeitig abgeschaltet wird. Der Spannungspegel an Pin VDD kann bei Einschalten von Lampe 85 (d. h. nach Vorheizen) durch die Hilfsstromquelle (d. h. Sekundärwicklung 78, Widerstand 162 und Kondensator 163), welche die Hauptstromversorgung (vorgesehen durch Zener-Diode 121, welche an Kondensator 157 eine pulsierende Spannung abgibt) ergänzt, und/oder durch Reduzieren der UVLO-Schwelle über dem UVLO-Pegel gehalten werden. Durch Änderung der an Pin VDD angelegten Spannung und/oder des UVLO-Pegels während des Vorheizens und dann nach dem Vorheizen kann der Spannungspegel an Pin VDD bei Einschalten von Lampe 85 über dem UVLO-Pegel gehalten werden.
  • Daher sieht IC 109 durch Pin VDD mindestens ein veränderliches Eingangssignal zum Betrieb von IC 109 vor. Wird an Stelle der alternativen Ausführungsform der Schmitt-Triggerschaltung die Schmitt-Triggerschaltung 598 verwendet, ist die Spannung an Pin VDD auf Grund der Betriebsart durch verschiedene vorgegebene Spannungsbereiche ungleich Null gekennzeichnet. Während des Vorheizens verändert sich die Spannung an dem Pin VDD typischerweise zwischen einer oberen Grenze von etwa 12 Volt und einer unteren Grenze von etwa 10 Volt. Nach dem Vorheizen (d. h. während und nach Einschalten der Lampe) verändert sich die Spannung an dem Pin VDD typischerweise zwischen einer oberen Grenze von etwa 12 Volt und einer unteren Grenze von etwa 9 Volt.
  • Wird an Stelle der Schmitt-Triggerschaltung 598 die alternative Ausführungsform der Schmitt-Triggerschaltung verwendet, ist die Spannung an Pin VDD sowohl während des Vorheizens als auch nach dem Vorheizen durch die gleiche vorgegebene Spannung ungleich Null gekennzeichnet. Die Spannung an dem Pin VDD in dem alternativen Ausführungsbeispiel der Schmitt-Triggerschaltung verändert sich sowohl während des Vorheizens als auch nach dem Vorheizen typischerweise zwischen einer oberen Grenze von etwa 12 Volt und einer unteren Grenze von etwa 10 Volt.
  • Es sei erwähnt, dass die Hilfsstromquelle in Verbindung mit der Schmitt-Triggerschaltung 598 oder mit der alternativen Ausführungsform der Schmitt-Triggerschaltung eingesetzt werden kann. Ebenso kann die Schmitt-Triggerschaltung 598 ohne die Hilfsstromquelle verwendet werden (d. h. die Hilfsstromquelle ist nicht erforderlich).
  • Der Pin VL wird eingesetzt, um die Lampenleistung zu regeln, die Lampe vor Überspannungszuständen zu schützen und eine Ausgangssteuerung zwecks Differenzierens zwischen Vorheizen und normaler Regelung vorzusehen. Der Eingang in Pin VL ist ein zu einer Lampenspannung (z. B. Spitzenspannung oder gleichgerichteten, mittleren Spannung) proportionaler Strom. Der Strom an Pin VL ist an Vervielfacher 306 gekoppelt, der ein Signal erzeugt, welches das Produkt von Lampenstrom und Lampenspannung dar stellt und, wie oben erörtert, zur Regelung der Lampenleistung eingesetzt wird. Der Strom an Pin VL ist ebenfalls an die Komparatoren 421, 424 und 427 gekoppelt, um Überspannungzustände nachzuweisen. Während der Vorheizperiode besteht jedoch keine Notwendigkeit, die Lampenleistung zu regeln, da in Lampe 85 noch keine vollständige Lichtbogenentladung zu verzeichnen ist. Wechselrichter 60 arbeitet während der Vorheizperiode auf einer wesentlich höheren Frequenz als der Resonanzfrequenz des unbelasteten LC-Tankkreises von Wicklung 75 und Kondensator 80. Diese wesentlich höhere Frequenz während der Vorheizperiode resultiert in einer relativ niedrigen Spannung an Lampe 85, welche die Komponenten in der Kompaktleuchtstofflampe 10 oder Lampe 85 nicht beschädigt.
  • Während der Vorheizperiode wird p-Kanal-MOSFET 331 eingeschaltet und n-Kanal-MOSFET 332 abgeschaltet, so dass Pin VL das gleiche Spannungspotential wie Pin VDD aufweist. Pin VL nimmt daher während der Vorheizperiode einen hohen Logikpegel und ansonsten (z. B. bei Zündung und bei stabilem Betrieb) einen niedrigen Logikpegel an. Diese beiden unterschiedlichen Logikpegel an dem Pin VL lassen erkennen, ob Wechselrichter 60 in einem Vorheizmodus oder nicht in einem solchen arbeitet.
  • Wechselrichter 60 befindet sich in einem kapazitiven Modus, wenn der durch Wicklung 75 fließende Strom gegen die Spannung an Schalter 112 voreilt. In dem kapazitivnahen Betriebsmodus eilt der durch Wicklung 75 fließende Strom geringfügig nach, befindet sich jedoch innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls (z. B. von typischerweise etwa 1 Mikrosekunde) der Spannung an Schalter 112. Mit anderen Worten, der durch Wicklung 75 fließende Strom eilt innerhalb einer vorgegebenen Phasendifferenz gegen die Spannung an Schalter 112 nach.
  • Um die Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 von einem Übergang in den kapazitiven Modus wegzubewegen und, wenn bereits in diesen übergegangen, diese dann so schnell wie möglich aus diesem zu entfernen, wird der Lampenstrom bei Bestimmen der Phasendifferenz jeden halben Zyklus einer Schaltperiode des Wechselrichters mit der anderen von zwei Gatespannungen verglichen. Im Gegensatz dazu unterscheiden konventionelle Systeme zum Schutz gegen den kapazitiven Modus nicht zwischen kapazitiven und kapazitivnahen Betriebsmoden, wodurch sich bei Feststellen solcher Moden entweder eine Überkompensation oder eine Unterkompensation ergibt.
  • In den Zustand eines kapazitiven Modus kann sehr schnell übergegangen werden, wenn zum Beispiel Lampe 85 von Last 70 getrennt wird. Wurde einmal in den kapazitiven Modus übergegangen, kann schnell ein Schaden an den Schalttransistoren (z. B. den Schaltern 100 und 112) auftreten, welcher durch das konventionelle Schutzsystem oftmals nicht verhindert werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird der kapazitivnahe Zustand durch Überwachen des Vorzeichens der Spannungswellenform an dem Pin RIND während der Vorderflanke jedes, an Pins G1 und G2 erzeugten Gateansteuerungsimpulses ermittelt. Bei Feststellen des kapazitivnahen Betriebsmodus und des maximalen Überspannungsschwellwerts steigt CCO 318 unmittelbar (d. h. binnen 10 Mikrosekunden) auf seinen Maximalwert an.
  • Der Zustand des kapazitiven Modus wird durch Überwachen des Vorzeichens der Spannungswellenform an dem Pin RIND während der Hinterflanke jedes, an Pins G1 und G2 jeweils erzeugten Gateansteuerungsimpulses ermittelt. Sobald der kapazitive Betriebsmodus festgestellt wird, steigt CCO 318 unmittelbar (d. h. binnen 10 Mikrosekunden) auf seinen Maximalwert an, um sicherzustellen, dass Wechselrichter 60 in einem induktiven Modus arbeitet, das heißt, dass die Spannung, welche sich während des nicht induktiven Zustands an Schalter 112 aufgebaut hat, gegen den durch Wicklung 75 fließenden Strom voreilt. Die maximale Schwingungs-(Schalt-)-Frequenz sollte sich wesentlich oberhalb der unbelasteten Resonanzfrequenz befinden. Typischerweise wird die maximale Frequenz von CCO 318 (d. h. Mindestzeitintervall der Schaltperiode) entsprechend der Anfangsbetriebsfrequenz von Wechselrichter 60 (z. B. 100 kHz) eingestellt.
  • Wie aus der Beschreibung hervorgeht, sieht die Erfindung ein Vorschaltgerät für eine Fluoreszenzlampe mit einem, einen integrierten Schaltkreis aufweisenden Treiber vor, welcher, durch kurzzeitige Abfälle der Netzspannung bei Einschalten der Lampe hervorgerufenes Lampenflimmern verhindert. Die flimmerfreie Betriebsweise in dem Treiber des Vorschaltgeräts für eine Fluoreszenzlampe unterscheidet zwischen Betriebszuständen während und nach dem Vorheizen der Lampenelektroden. Der Treiber schaltet sich bei Einschalten der Lampe nicht kurzzeitig ab, da die Spannung zur Speisung des, einen integrierten Schaltkreis aufweisenden Treibers oberhalb ihres Mindestschwellwerts gehalten wird.

Claims (8)

  1. Vorschaltgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Lampen mit mindestens einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus, welches aufweist: einen Wechselrichter (60) mit mindestens einem Schalter (G1, G2), welcher auf ein Steuersignal zur Erzeugung einer, an die Lampenlast angelegten, veränderlichen Spannung anspricht; einen Treiber (65) zur Erzeugung des Steuersignals, wobei der Treiber mindestens ein veränderliches Eingangssignal (VDD) vorsieht, um den Treiber mit Leistung zu versehen; sowie einen Haltekreis, um den Treiber in einen nicht betriebsfähigen Zustand zu versetzen, im Falle das veränderliche Eingangssignal unter einen vorgegebenen Schwellenpegel fällt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät weiterhin eine Schaltung zur Änderung des Wertes des vorgegebenen Schwellenpegels aufweist, wenn der Betriebsmodus des Vorschaltgeräts von dem ersten auf den zweiten Modus wechselt.
  2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei der Schwellenpegel in dem zweiten Betriebsmodus niedriger als in dem ersten Betriebsmodus ist.
  3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Vorschaltgerät eine oder mehrere Lampen in dem ersten Betriebsmodus vorheizt und das Vorschaltgerät in dem zweiten Betriebsmodus diese eine oder mehrere Lampen einschaltet.
  4. Vorschaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Treiber einen integrierten Schaltkreis (IC 109) aufweist und das minimal eine veränderliche Eingangssignal den integrierten Schaltkreis mit Leistung versieht.
  5. Vorschaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Treiber eine erste Spannungsquelle (121) sowie eine Hilfsspannungsquelle (78, 162, 163) aufweist, welche zusammen das minimal eine veränderliche Eingangssignal erzeugen.
  6. Vorschaltgerät nach Anspruch 5, wobei die Hilfsspannungsquelle die erste Spannungsquelle ergänzt, um in dem zweiten Betriebsmodus das minimal eine veränderliche Eingangssignal zu erzeugen.
  7. Vorschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Treiber weiterhin einen Resonanztankkreis (75, 80, 81, 82) sowie einen Transformator T mit einer Primärwicklung (75) und drei zusätzlichen Wicklungen (76, 77, 78) aufweist, wobei die Primärwicklung (75) als Teil des Resonanztankkreises dient und eine (78) der drei zusätzlichen Wicklungen in der Hilfsspannungsquelle vorgesehen ist.
  8. Vorschaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schaltung zur Änderung des Wertes des Schwellenpegels einen Schmitt-Trigger (598) aufweist.
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