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Die Erfindung betrifft allgemein
ein Vorschaltgerät
zur Versorgung mindestens einer Lampe in Verbindung mit einem Triac-Dimmer
mit einem Einfallswinkel, wobei das Vorschaltgerät enthält:
einen Regler zum Einstellen
der Lampenhelligkeit auf der Grundlage eines Dimmer-Signals; und
eine
Dimmer-Schnittstelle zur Leitung des Dimmer-Signals an den Regler
auf der Grundlage des Einfallswinkels.
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Die Erfindung betrifft auch eine
Kompakt-Fluoreszenzlampe.
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Eine mit Triac in der Helligkeit
regelbare Fluoreszenzlampe enthält
einen Triac-Dimmer und eine Kompakt-Fluoreszenzlampe. Der Triac-Dimmer
steuert die zugeführte
Strommenge und somit die von der Kompakt-Fluoreszenzlampe erbrachte
Leuchtkraft. Triac-Dimmer sind durch einen Einfallswinkel gekennzeichnet,
d. h. ein Zündwinkel
zum Einschalten des Triac. Der Mindest-Einfallswinkel entspricht
der Höchst-Lampenlichtleistung.
Dabei gibt es allerdings keine Mindest-Einfallswinkel zum Einschalten
von Triac-Dimmern. Eine effektive Schnittstelle mit einer Kompakt-Fluoreszenzlampe
ist aufgrund der Variation im Mindest-Einfallswinkel bei verschiedenen
Triac-Dimmern daher schwierig.
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Somit ist es wünschenswert, eine verbesserte
Kompakt-Fluoreszenzlampe bereitzustellen, die eine effektive Schnittstelle
mit Triac-Dimmern mit verschiedenen Einfallswinkeln bilden kann.
Die Schnittstelle sollte die verschiedenen Mindest-Einfallswinkel als
Höchst-Lampenlichtleistung
auslegen.
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Allgemein und nach einem ersten Aspekt
der Erfindung weist ein Vorschaltgerät zur Versorgung von mindestens
einer Lampe in Verbindung mit einem Triac-Dimmer mit einem Einfallswinkel
einen Regler zum Einstellen der Lampenhelligkeit auf der Grundlage
eines Dimmer-Signals auf; und eine Dimmer-Schnittstelle zur Leitung
des Dimmer-Signals
an den Regler auf der Grundlage des Einfallswinkels. Der Regler
enthält
einen Begrenzer zur Festlegung eines Mindest-Einfallswinkels entsprechend
einem Höchstniveau für das Dimmer-Signal
durch Reduzierung der Spannung eines Signals entsprechend dem Einfallswinkel.
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Variationen im Dimmer-Signal, die
auf Unterschieden im Mindest-Einfallswinkel
verschiedener Triac-Dimmer gründen,
werden durch den Begrenzer auf einen Spannungsbereich begrenzt,
der vom Regler problemlos umgewertet werden kann. Folglich legt
der Begrenzer einen Mindest-Einfallswinkel (z. B. 25–30 Grad)
entsprechend der Höchst-Abblendspannung
fest.
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Ein Triac-Dimmer erzeugt auf der
Grundlage eines Einfallswinkel einen Impuls. Die Dimmer-Schnittstelle
enthält
Umwandler, um die Impulsbreite in eine proportional gleichgerichtete
Durchschnittsspannung zu wandeln. Die proportional gleichgerichtete
Durchschnittsspannung dient als Dimmer-Signal. Allgemein enthält der Begrenzer eine
Zener-Diode. Die Dimmer-Schnittstelle kann auch einen Umwerter zum
Umwerten des Einfallswinkels in ein der Arbeitsphase entsprechendes
Signal enthalten. Der Umwerter weist generell eine Zener-Diode auf.
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Somit ist es ein Ziel der Erfindung,
eine verbesserte Kompakt-Fluoreszenzlampe
bereitzustellen, die eine effektive Schnittstelle mit Triac-Dimmern mit
verschiedenen Mindest-Einfallswinkeln bilden kann.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist
es, ein verbessertes Vorschaltgerät mit einer Schnittstelle bereitzustellen,
die verschiedenen Mindest-Einfallswinkeln entsprechende Höchst-Lampenlichtleistungen umwertet.
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Weitere Ziele und Vorzüge der Erfindung werden
aus der Patentschrift deutlich und ersichtlich.
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Für
ein besseres Verständnis
der Erfindung beziehe man sich auf folgende Beschreibung in Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen, von denen:
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1 ein
Blockdiagramm einer mit Triac regelbaren Kompakt-Fluoreszenzlampe gemäß der Erfindung ist;
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2 ein
Schema eines auf 1 gezeigten Triac-Dimmer
ist;
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3 ein
Schema einer Kompakt-Fluoreszenzlampe ist;
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4 ein
logisches Blockdiagramm einer integrierten Schaltung ist, die der 3 als Regler dient; und
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5 ein
schematisches Diagramm des auf 3 gezeigten
Schmitt-Auslösers
ist.
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Wie auf 1 gezeigt wird eine Kompakt-Fluoreszenzlampe
(CFL) 10 über
einen Triac-Dimmer 30 von einem Netzkabel, dargestellt
mit einer Netzstromquelle 20, versorgt. Die Kompakt-Fluoreszenzlampe 10 enthält einen
gedämpften elektromagnetischen
Störfilter
(EMI) 40 eine Zusatz-Stromversorgung 45, einen
Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50, eine Dimmer-Schnittstelle 55, einen
Wechselrichter 60, eine Regelschaltung 65, eine
Ladung 70 und eine Strom-Rückkopplungsschaltung 90.
Der Ausgang des Wechselrichters 60, der als Ausgang für das Vorschaltgerät der CFL-Lampe 10 dient,
ist an die Ladung 70 angeschlossen. Die Ladung 70 beinhaltet
eine Lampe 85 und eine Hohlraumresonatorschaltung, gebildet
aus einer Primärwicklung 75 eines
Transformators T und aus mehreren Kondensatoren 80, 81 und 82.
Der gedämpfte EMI-Filter 40 dämpft beträchtlich
die Oberschwingungen (z. B. Oszillationen), die von dem Wechselrichter 60 erzeugt
werden. Der Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 richtet
die von der Netzstromquelle 20 gelieferte Sinusspannung
gleich, was eine Gleichstromspannung mit Brummen ergibt, die nach Verstärkung eine
wesentlich konstante Gleichstromspannung wird, um dem Wechselrichter 60 zugeführt zu werden.
Diese Teile der Kompakt-Fluoreszenzlampe 10 werden
neben der Lampenladung 70 allgemein zusammengestellt und
als Vorschaltgerät
zur Versorgung einer Lampenladung 70 bezeichnet.
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Der Wechselrichter 60 wird
von der Regelschaltung 65 mit einer variierenden Schaltfrequenz auf
der Grundlage der gewünschten
Leuchtstärke geregelt.
Die Gleichstromspannung wird von einem Wechselrichter 60 in
eine der Ladung 70 zugeführte Rechteck-Spannungswellenform
gewandelt. Die Stärke
der Lampenlichtleistung kann erhöht
und reduziert werden, indem man die Frequenz dieser Rechteck-Spannungswellenform
jeweils erhöht
oder reduziert.
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Die gewünschte Stärke der Lampenlichtleistung
wird am Triac-Dimmer 30 eingestellt und der Regelschaltung 65 über eine
Dimmer-Schnittstelle 55 übermittelt. Die Strom-Rückkopplungsschaltung 90 führt einen
Teil des Stroms von der Hohlraumresonatorschaltung zum Spannungsverdoppler
zurück,
was bewirkt, dass lediglich geringfügige Leistungsfaktorkorrekturen
notwendig sind, um die Triac-Leitung nach dem Zünden aufrechtzuerhalten. Eine
Zusatz-Stromversorgung 45 liefert Strom an die Regelschaltung 65,
um die Stromzufuhr zur Regelschaltung 65 zu ergänzen, wenn
die Schienenspannung für
den Wechselrichter 60 bei momentanen Ladungsnachfragen
absinkt.
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Wie auf 2 gezeigt ist ein Triac-Dimmer 30 über ein
Leitungspaar 21 und 22 an eine Netzstromquelle 20 angeschlossen.
Der Triac-Dimmer 30 enthält einen Kondensator 31,
der über
die serielle Verbindung eines Induktors 32 und eines variablen Widerstands 33 geladen
wird. Ein Diac 34 ist an das Gate eines Triac 35 angeschlossen.
Der Strom (z. B. Impulsstrom aus dem Triac 35) wird der
CFL-Lampe 10 über
einen Induktor 32 und einen Triac 35 zugeführt. Am
Ende von 60 Hz, dem Halbwellenzyklus, sinkt das Niveau im Triac 35 unter
seinen Haltestrom ab (d. h. minimal erforderlicher Anodenstrom,
um die Leitung des Triac 35 aufrechtzuerhalten). Der Triac 35 schaltet
ab. Der Zündwinkel,
das ist der Winkel zwischen 0 und 180 Grad, an dem der Triac 35 zu zünden beginnt,
kann angepasst werden, indem man den Widerstand des variablen Widerstands 33 ändert. Der
variable Widerstand 33 kann, muss aber nicht, ein Potentiometer
sein. Der maximale Zündwinkel
wird von der Abbruchspannung des Diac 34 begrenzt. Der
Induktor 32 begrenzt die Anstiegs- oder Abfallzeit von
di/dt und schützt
den Triac 35 somit vor abrupten Stromänderungen. Ein Kondensator 36 dient
als Begrenzer und verhindert Flackern, besonders wenn die Kabellänge zwischen
dem Triac 35 und der CFL-Lampe 10 relativ lang
ist. Oberschwingungen, die über
die Induktanz und den Störkondensator
in Verbindung mit solch langen Kabeln entstehen, werden von Kondensator 36 überbrückt. Das Flackern
der Lampe 85 durch solche Oberschwingungen wird vermieden.
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Der Triac-Dimmer 30 hat
zwei Mindest-Abblendeinstellungen, definiert durch/in Bezug auf
die CFL-Lampe 10. Die erste Mindest-Abblendeinstellung
(d. h. Mindest-Abblend-Einschaltstellung) ist die kleinstmögliche Einstellung
zum Einschalten der Lampe 85. Zur zweiten Mindest-Abblendeinstellung (d.
h. Mindest-Abblenddauerstellung), die zum Einfallswinkel der Abblend-Einschaltstellung
einen breiteren Einfallswinkel hat, kann übergegangen werden, nachdem
die Lampe 85 den Dauer-Leuchtbetrieb erreicht hat. Zur
Gewährleistung
eines flackerfreien Betriebes muss der von der CFL-Lampe 10 beim
Vorheizen mit minimal geschalteter Abblendeinstellung aufgenommene
Strom größer sein
als im Dauer-Leuchtbetrieb. Die CFL-Lampe 10 nimmt in Verbindung
mit dem Triac-Dimmer 30 bei
Mindest-Abblendeinschaltstellung beim Vorheizen mehr Strom auf als
nach dem Vorheizen, wenn die CFL-Lampe 10 den Vorheizvorgang
abschließen
und in Dauer-Leuchtbetrieb
arbeiten kann.
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Wie auf 3 gezeigt enthält der gedämpfte EMI-Filter 40 einen
Induktor 41, ein Kondensatorpaar 42 und 43 und
einen Widerstand 44. Der Widerstand 44 und der
Kondensator 43, die einen Begrenzer bilden, sind in Serie über den
Ausgang des gedämpf ten EMI-Filter
angeschlossen. Dieser Begrenzer dämpft die vom EMI-Filter 40 erzeugten
Schwingungen beim Einschalten des Triac 35. Diese Schwingungen
würden,
wenn sie von dem aus Widerstand 44 und Kondensator 43 gebildeten
Begrenzer nicht begrenzt werden, das durch den Triac 35 fließende Stromniveau
unter seinen Haltestrom reduzieren, was das Abschalten des Triac 35 bewirken
würde.
Der Widerstand 44 und der Kondensator 43 bilden
auch einen Weg, um durch Filter 40 weitgehenden Stromverlust bei
60 Hz zu vermeiden.
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Der Gleichrichter und Spannungsverdoppler, die
einen Halbwellengleichrichter/Spannungsverdoppler in Kaskade bilden,
enthalten ein Diodenpaar D1 und D2 und ein Kondensatorenpaar 53 und 54. Die
Dioden D1 und D2 richten die Sinusspannung gleich, die von dem gedämpften EMI-Filter
kommt, was eine Gleichstromspannung mit Brummen ergibt. Die Kondensatoren 53 und 54 dienen
zusammen als Puffer-Kondensatoren
zur Verstärkung
und Wandlung der gleichgerichteten Sinusspannung in eine grundlegend
konstante Gleichstromspannung zur Zufuhr an den Wechselrichter 60.
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Ein Kondensator 51 und ein
Diodenpaar D3 und D4 leiten ein Hochfrequenz-Stromrückkopplungssignal
von der Hohlraumresonatorschaltung her, was hiernach genauer erläutert wird.
Das Hochfrequenz-Stromrückkopplungssignal
schaltet die Diode D1 und die Diode D3 während dem positiven Halbzyklus
der 60-Hz-Wellenform zwischen leitendem und nichtleitenden Zuständen hin
und her. Ähnlich
schaltet die Diode D2 und die Diode D4 das Hochfrequenz-Stromrückkopplungssignal
während dem
negativen Halbzyklus der 60-Hz-Wellenform zwischen leitendem und
nichtleitendem Zustand hin und her. Die von der Hohlraumresonatorschaltung
(d. h. die Wicklung 75 und die Kondensatoren 80, 81 und 82)
abgeleitete Stromrückkopplung
erhält
das Niveau des Stroms durch den Triac 35 über seinem
Haltestrom. Die Leitung des Triac 35 kann über einen
wesentlichen Teil des 60-Hz-Halbzyklus (d. h. etwas mehr als 0,5
Millisekunden) erhalten bleiben.
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Die Dimmer-Schnittstelle 55 liefert
eine Schnittstelle zwischen dem Ausgang des EMI-Filters 40 und
der Regelschaltung 65. Der Winkel, bei dem der Triac 35 zündet, also
der Einfallswinkel, steht für das
gewünschte
Leuchtniveau. Die Dimmer-Schnittstelle 55 wandelt
den Einfallswinkel (d. h. die Leitimpulsbreite des Triac 35)
in eine proportional gleichgerichtete Durchschnittsspannung (d.
h. das Dimmer-Signal), vereinbar mit und geleitet an eine Klemme
DIM einer integrierten Schaltung (IC 109) innerhalb der
Regelschaltung 65.
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Die Dimmer-Schnittstelle 55 enthält mehrere Widerstände 56, 57, 58 und 61;
Kondensatoren 62, 63 und 64; eine Diode 66 und
eine Zener-Diode 67. Die IC 109 verweist auf eine
Schaltungsmasse. Die von der Dimmer-Schnittstelle 55 aufgenommene Spannung,
die an die Klemme DIM der IC 109 geleitet wird, wird jedoch
von einer Gleichstromkomponente verschoben. Diese Gleichstromkomponente entspricht
der Hälfte
der Pufferkondensatorspannung des Spannungsverdopplers, also der
Spannung durch den Kondensator 54. Der Kondensator 62 filtert diese
Gleichstromkomponente. Der Kondensator 62 hat auch eine
relativ große
Größe zur Anpassung
der Leitungsfrequenz. Ein Widerstandspaar 56 und 57 bildet
einen Spannungsteiler, der zusammen mit einer Zener-Diode 67 den
Skalierungsfaktor bestimmt, der zur Erzeugung des Dimmer-Signals
angewandt wird. Die Widerstände 56 und 57 versehen
den Kondensator 62 auch mit einem Entladeweg. Die der Klemme
DIM zugeführte
gleichgerichtete Durchschnittsspannung wird von der Zener-Spannung der Zener-Diode 67 reduziert.
Die Zener-Diode 67 begrenzt somit die maximale gleichgerichtete
Durchschnittsspannung (entsprechend der Volllichtleistung), die
der Klemme DIM zugeführt
wird. Variationen in der maximalen gleichgerichteten Durchschnittsspannung
aufgrund von Unterschieden im Mindesteinfallswinkel verschiedener
Triac-Dimmer werden von der Zener-Diode 67 auf einen Spannungsbereich
begrenzt, der von der IC 109 direkt genutzt werden kann.
Anders gesagt sieht die Zener-Diode 67 einen Mindesteinfallswinkel
(d. h. 25–30 Grad)
entsprechend dem Höchstniveau
für das
Dimmer-Signal vor.
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Die Zener-Diode 67 begrenzt
auch den maximalen Zünd-
(Einfalls-)Winkel des Triac 35 während des positiven Halbzyklus
der 60-Hz-Wellenform (d. h. auf ca. 150 Grad). Der Zündwinkel
wird auf der Grundlage der Widerstände 56 und 57 gewählten Werte
und der Abbruchspannung der Zener-Diode 67 angepasst. Über einem
bestimmten Zündwinkel
(d. h. über
150 Grad) ist der Schienenstrom des Busses 101 zu niedrig,
um eine ausreichende Spannung an Klemme VDD zur Versorgung der IC 109 zu
entwickeln. Der Wechselrichter 60 ist so nicht einsatzfähig und
die Lampe 85 leuchtet nicht.
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Die meisten Triac-Dimmer haben einen
minimalen Zünd-
(Einfalls-)Winkel von 25 bis 30 Grad, was der vollen Lichtleistung
entspricht. Bei solch kleinen Einfallswinkeln wird dem Kondensator 64 die maximale
gleichgerichtete Durchschnittsspannung zugeführt. Mehrere Widerstände 56, 57, 58 und 59 und
die Zener-Diode 67 beeinflussen die Dimmer-Kurve und bestimmen
insbesondere den maximalen Zündwinkel,
bei dem die Lampe 85 volle Lichtleistung liefert. Somit
bestimmen die Widerstände 56, 57, 58 und 59 und
die Zener-Diode 67 die gleichgerichtete Durchschnittsspannung,
die von der Klemme DIM der IC 109 auf der Grundlage des
Zündwinkels des
gewählten
Triac 35 abgetastet wird. Die Schaltung zur Durchschnittnahme
der gleichgerichteten Spannung wird aus dem Widerstand 61 und
dem Kondensator 64 gebildet. Ein Kondensator 63 filtert die
Hochfrequenzkomponenten des dem Widerstand 61 und dem Kondensator 64 zugeführten Signals.
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Während
dem negativen Halbzyklus der 60-Hz-Wellenform begrenzt eine Diode 66 die
negative Spannung, die der Durchschnittnahmeschaltung (Widerstand 61,
Kondensator 64) zugeführt
wird, auf einen Diodenabfall (d. h. ca. 0,7 Volt). In einer anderen
Ausführungsform
kann eine Zener-Diode 66' anstatt
der Diode 66 verwendet werden, um das Dimmer-Signal gegenüber Spannungsvariationen
der Netzstromquelle 20 unempfindlich zu machen. Die Zener-Diode 66' klemmt die
der Klemme DIM zugeführte
Spannung fest, womit das gewünschte
Lichtniveau auf der Grundlage der Arbeitsphase der Spannung anstatt
der gleichgerichtete Durchschnittsspannung bestimmt werden kann.
Wenn z. B. der Einfallswinkel für
eine Höchstlichtleistung
von Lampe 85 auf ca. 30 Grad gebracht wird, würde der
Arbeitsphase etwas weniger als 50% entsprechen. Wenn der Einfallswinkel
ansteigt, um die Lampenlichtleistung 85 zu reduzieren,
würde die
Arbeitsphase abnehmen.
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Der Wechselrichter 60 ist
als Halbbrücke konfiguriert
und enthält
einen Zuführbus
(Schiene) 101, einen Rückführbus 102 (d.
h. die Schaltungsmasse), ein Schalterpaar (z. B. Leistungs-MOSFETs) 100 und 112,
die in Serie zwischen den Bus 101 und den Bus 102 geschaltet
sind. Die Schalter 100 und 112 sind an einem Übergang 110 vereint
und werden als gemeinsam eine Totempolanordnung bildend bezeichnet.
Die als Schalter 100 und 112 dienenden MOSFETs
haben jeweils ein Gate-Paar G1 und G2. Ein Kondensatorenpaar 115 und 118 ist
an einem Übergang 116 miteinander
verbunden und in Serie zwischen Übergang 110 und 102 angeschlossen. Eine
Zener-Diode 121 ist parallel zum Kondensator 118 angeschlossen.
Eine Diode 123 ist zwischen einer Klemme VDD der IC 109
und dem Bus 102 angeschlossen.
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Die Wicklung 75, der Kondensator 80,
ein Kondensator 81 und ein Gleichstrom-Sperrkondensator 126 sind
an einem Übergang 170 miteinander verbunden.
Ein Paar Sekundärwicklungen 76 und 77 des
Transformators T sind für
die Zufuhr von Spannungen an die Glühfäden der Lampe 85 während ihrer
vorab verlaufenden Vorheizzeit und bei einer Betriebslampenladung 85 unter
der Volllichtleistung an die Primärwicklung 75 gekoppelt.
Die Kondensatoren 80, 82, 118, die Zener-Diode 121,
der Schalter 112 und ein Wider stand 153 sind zusammen
an eine Schaltungsmasse angeschlossen. Die Lampe 85, der
Widerstand 153 und ein Widerstand 168 sind beim Übergang 88 miteinander
verbunden. Ein Widerstandspaar 173 und 174 sind
in Serie zwischen einen Übergang 175 und
den Übergang
angeschlossen, der die Lampe 85 und den Kondensator 126 miteinander
verbindet. Die Kondensatoren 81 und 82 sind in
Serie zusammengeschaltet und mit einem Übergang 83 verbunden.
Der Kondensator 51 des Gleichrichters und Spannungsverdopplers 50 ist
an Übergang 83 angeschlossen.
Ein Widerstand 177 ist zwischen den Knotenpunkt 175 und
eine Schaltungsmasse angeschlossen. Ein Kondensator 179 ist
zwischen den Übergang 175 und
einen Übergang 184 angeschlossen.
Eine Diode 182 ist zwischen einen Übergang 184 und eine
Schaltungsmasse angeschlossen. Eine Diode 180 ist zwischen
die Übergang 184 und
eine Übergang 181 angeschlossen. Ein
Kondensator 183 ist zwischen eine Übergang 181 und eine
Schaltungsmasse angeschlossen.
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Die Regelschaltung 65 enthält eine
IC 109. Die IC 109 enthält mehrere Klemmen. Eine Klemme RIND
ist an den Übergang 185 angeschlossen.
Ein Kondensator 158 ist zwischen den Übergang 185 und eine
Schaltungsmasse angeschlossen. Ein Widerstandspaar 161 und 162 und
ein Kondensator 163 sind in Serie zwischen den Übergang 185 und
den Übergang 116 angeschlossen.
Die Eingangsspannung an Klemme RIND spiegelt das durch die Wicklung 75 laufende
Stromniveau wider. Der Stromfluss durch die Wicklung 75 wird
erhalten, indem die Spannung zuerst über eine Sekundärwicklung 78 des Transformators
T aufgenommen wird. Die Aufnahmespannung, die proportional zur Spannung
durch Wicklung 75 ist, wird dann von einem aus Widerstand 161 und
Kondensator 158 geibldeten Integrator integriert. Die integrierte
Aufnahmespannung, die Klemme RIND zugeführt wird, entspricht dem Stromfluss durch
Wicklung 75.
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Die Rekonstruktion des Stromflusses
durch die Wicklung 75, indem die Spannung von Wicklung 78 zuerst
aufgenommen und dann integriert wird, führt zu weitaus weniger Stromverlusten
als bei herkömmlichen
Schemen (wie mit Abtastwiderständen) durch
Abtasten des Stromflusses durch den Resonatorinduktor. Es wäre auch
weitaus schwieriger, den Stromfluss durch die Wicklung 75 anders
zu rekonstruieren, da dieser Strom zwischen der Lampe 85, den
Resonatorkondensatoren 80, 81 und 82 und
der Stromrückkopplungsleitung 87 aufgeteilt
ist.
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Die VDD liefert die Startspannung
zum Regeln des IC 109 über
die durch den Widerstand 103 verlaufende Verbindungsleitung 22.
Eine Klemme LI1 ist über
einen Widerstand 168 an den Übergang 88 angeschlossen.
Ein Klemme LI2 ist über
einen Wider stand 171 an eine Schaltungsmasse angeschlossen.
Der Unterschied zwischen den an den Klemmen LI1 und LI2 eingegebenen
Strömen
spiegelt den abgetasteten, durch die Lampe 85 fließenden Strom
wider. Die Spannung an Klemme VL, die über einen Widerstand 189 an Übergang 181 geleitet
wird, spiegelt die Spitzenspannung der Lampe 85 wider.
Der Stromfluss aus der Klemme CRECT in eine Schaltungsmasse über das
parallele RC-Widerstandsnetzwerk 195 und
der Kondensator 192 und das serielle RC-Widerstandsnetzwerk 193 und
der Kondensator 194 spiegeln den Durchschnittsstrom der
Lampe 85 (d. h. das Produkt von Lampenstrom und Lampenspannung)
wider. Ein optionaler externer Offset-Gleichstrom, nachstehend mehr
im Detail erläutert,
enthält
eine serielle Verbindung zwischen der VDD und einem Widerstand 199,
was einen Offset-Gleichstrom hervorruft, der über den Widerstand 195 zur
Schaltungsmasse fließt.
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Der Kondensator 192 dient
dem Erhalt einer gefilterten Gleichstromspannung über den
Widerstand 195. Der Widerstand 156 ist zwischen
einer Klemme PREF und einer Schaltungsmasse angeschlossen und dient
der Bedingung des Referenzstroms innerhalb der IC 109.
Ein Kondensator 159, der zwischen der Klemme CF und der
Schaltungsmasse angeschlossen ist, bedingt die Frequenz eines stromgesteuerten
Oszillators (CCO), der hiernach mehr im Detail erläutert wird.
Ein Kondensator 165, der zwischen einer Klemme und einer
Schaltungsmasse angeschlossen ist, wird zur Zeitregulierung sowohl
des Vorheizzyklus als auch des schwingungsfreien Bereitschaftsmodus,
wie weiter unten erläutert,
verwendet. Eine Klemme GND ist direkt an den Schaltungsmasse angeschlossen.
Ein Klemmenpaar G1 und G2 sind direkt an die jeweiligen Gates G1
und G1 der Schalter 100 und 112 angeschlossen.
Eine Klemme S1, die direkt an Übergang 110 angeschlossen
ist, entspricht der Spannung an der Source von Schalter 100.
Eine Klemme FVDD ist über
einen Kondensator 138 an Übergang 110 angeschlossen
und entspricht der schwankenden Versorgungsspannung der IC 109.
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Der Betrieb des Wechselrichters 60 und
der Regelschaltung 65 ist folgender. Zu Beginn (d. h. beim
Einschalten), da der Kondensator 157 auf der Grundlage
der RC-Zeitkonstanten
von Widerstand 103 und Kondensator 157 geladen
ist, sind die Schalter 100 und 112 jeweils in
nichtleitendem und leitendem Zustand. Der an die Klemme VDD der
IC 109 fließende
Eingangsstrom wird während
dieser Startphase auf einem niedrigen Niveau (unter 500 Mikroampere)
gehalten. Der Kondensator 138, der zwischen dem Übergang 110 und
der Klemme FVDD angeschlossen ist, wird auf eine relativ konstante
Spannung ungefähr
gleich VDD geladen und dient der Regelschaltung von Schalter 100 als
Versorgungs spannung. Wenn die Spannung nach Kon. 157 Einschalt-Schwellenspannung
(z. B. 12 Volt) übersteigt, geht
die IC 109 in Betriebszustand (schwingen/schalten) über, womit
die Schalter 100 und 112 jeweils zwischen ihren
leitenden und nichtleitenden Zuständen hin- und herschalten und bei eine weit über der
Resonatorfrequenz, die von der Wicklung 75 und den Kondensatoren 80, 81 und 82 bedingt
werden.
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Die IC 109 kommt anfangs
in einen Vorheizzyklus (d. h. einen Vorheizzustand), nachdem der Wechselrichter 60 zu
schwingen beginnt. Die Übergang 110 variiert
zwischen ca. 0 Volt und der Spannung an Bus 101, je nach
den Schaltzuständen
der Schalter 100 und 112. Die Kondensatoren 115 und 118 dienen
der Verlangsamung des Anstiegs und Falls der Spannung an Übergang 110 und
reduzieren so Schaltverluste und das Niveau der vom Wechselrichter 60 erzeugten
elektromagnetischen Störungen (EMI).
Die Zener-Diode 121 bedingt
an Übergang 116 eine
Impulsspannung, die über
die Diode 123 dem Kondensator 157 zugeführt wird.
Dies bewirkt einen relativ großen
Betriebsstrom von z. B. 10–15 Milliampere,
der der Klemme VDD der IC 109 zugeführt wird. Der Kondensator 126 dient
dazu, die Zufuhr der Gleichstrom-Spannungskomponente an Lampe 85 zu
unterdrücken.
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Während
dem Vorheizzyklus ist die Lampe 85 in nicht gezündetem Zustand,
was bedeutet, dass kein Lichtbogen innerhalb der Lampe 85 gebildet wurde.
Die anfängliche
Betriebsfrequenz der IC 109, die ca. 100 kHz beträgt, wird
vom Widerstand 156 und Kondensator 159 und den
Leitzeiten der Rücklaufdiode
der Schalter 100 und 112 festgelegt. Die IC 109 reduziert
unverzüglich
die Betriebsfrequenz auf eine der IC 109 intern vorgegebene
Größe. Die
Minderung der Frequenz hält
bis zur Spitzenspannung durch den RC-Integrator an, der aus dem
Widerstand 161 und dem Kondensator 158 gebildet
wird, und wird bei der Klemme RIND als gleich –0,4 Volt gemessen (d. h. die
negative Spitzenspannung ist gleich 0,4 Volt). Die Schaltfrequenz
der Schalter 100 und 112 wird geregelt, um die
an Klemme RIND gemessene Spannung gleich –0,4 Volt aufrechtzuerhalten,
was zu einer relativ konstanten Frequenz von ca. 80–85 kHz
(definiert als Vorheizfrequenz) an Übergang 110 führt. Ein
relativ konstanter RMS-Strom fließt durch die Wicklung 75,
was es über
die Kopplung an Wicklung 76 und 77 ermöglicht,
die Glühfäden (d.
h. Kathoden) der Lampe 85 ausreichend für die anschließende Zündung der
Lampe 85 vorzubereiten und die Lebenserwartung der Lampe
zu erhöhen.
Die Dauer des Vorheizzyklus wird vom Kondensator 165 vorgegeben.
Wenn der Wert des Kondensator 165 Null (d. h. offen) ist,
findet effektiv kein Vorheizvorgang der Glühfäden statt, was zu einem direkten
Startvorgang der Lampe 85 führt.
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Am Ende des Vorheizvorgangs entsprechend
der Vorgabe von Kondensator 165 setzt die Klemme VL ein
kleines Logikniveau voraus. Während
dem Vorheizen hat die Klemme VL ein hohes Logikniveau. Die IC 109 beginnt
jetzt von ihrer Schaltfrequenz beim Vorheizen auf eine der IC 109 intern
vorgegebene Größe auf eine
ungeladene Resonatorfrequenz auszuschwingen (d. h. die Resonatorfrequenz
der Wicklung 75 und der Kondensatoren 80, 81 und 82 vor
der Zündung
der Lampe 85 – z.
B. 60 kHz). Wenn sich die Schaltfrequenz der Resonatorfrequenz nähert, steigt
die Spannung in der Lampe 85 schnell an (z. B. 600–800 Volt
Spitze) und reicht allgemein aus, um die Lampe 85 zu zünden. Nachdem
die Lampe 85 leuchtet steigt der sie durchströmende Strom
von wenigen Milliampere auf mehrere hundert Milliampere. Der durch
den Widerstand 153 fließende Strom wird, wenn gleich
zum Lampenstrom, an den Klemmen LI1 und LI2 auf der Grundlage des
Stromdifferenzials dazwischen im nach dem Verhältnis der jeweiligen Widerstände 168 und 171 gemessen.
Die Spannung der Lampe 85, die über die Spannungs-Teilerkombination
der Widerstände 173, 174 und 177 skaliert
ist, wird mit einem Spitze-Spitze-Detektor
erkannt, gebildet aus Dioden und 182 und Kondensator 183 mit
als Ergebnis eine Gleichstromspannung proportional zur Spitze-Spitze-Lampenspannung
bei Übergang 181.
Die Spannung bei Übergang 181 wird
von dem Widerstand 189 in Strom verwandelt, der an Klemme
VL fließt.
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Der an Klemme VL fließende Strom
wird in der IC 109 mit den Differenzialströmen zwischen
den Klemmen LI1 und LI2 multipliziert, was einen gleichgerichteten
Wechselstrom ergibt, der von Klemme CRECT in das parallele RE-Netzwerk
von Kondensator 192 und Widerstand 195 sowie serielle
RC-Netzwerke von Widerstand 193 und Kondensator 194 gespeist
wird. Diese parallelen und seriellen RC-Netzwerke wandeln den gleichgerichteten
Wechselstrom in eine Gleichstromspannung, die proportional zum Strom
der Lampe 85 ist. Die Spannung an Klemme CRECT wird über in der
IC 109 enthaltene Rückkopplungs-Schaltung/Schleife
gleich der Spannung an Klemme DIM erzwungen. Die Regelung des Stromverbrauchs
der Lampe 85 erfolgt.
-
Das gewünschte Leuchtniveau der Lampe 85 wird
mit der Spannung an Klemme DIM vorgegeben. Die Rückkopplungsschleife enthält eine
Lampenspannungs-Abtastschaltung und eine Lampenstrom-Abtastschaltung,
die hiernach mehr im Detail beschrieben werden. Die Schaltfrequenz
des Halbbrücken-Wechselrichters 60 wird
auf der Grundlage dieser Rück kopplungsschleife
angepasst, während die
Spannung an Klemme CRECT gleich der Spannung an Klemme DIM gemacht
wird. Die CRECT-Spannung variiert zwischen 0,5 und 2,9 Volt. Wenn
die Spannung an Klemme DIM über
2,9 Volt ansteigt oder unter 0,5 Volt abfällt, wird sie intern auf jeweils
2,9 Volt oder 0,5 Volt festgeklemmt. Das von Klemme DIM ausgehende
Signal wird mit der Phasenwinkel-Abblendung erzeugt, bei der der
Teil der Phase der Wechselstrom-Eingangsspannung abgeführt wird.
Der Einfalls-Phasenwinkel der Eingangsspannung wird innerhalb der
Dimmer-Schnittstelle 55 in ein Gleichstromsignal gewandelt,
das der Klemme DIM zugeführt
wird.
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Die Spannung an Klemme CRECT ist
Null, wenn die Lampe 85 anspringt. Beim Aufbau des Lampenstroms
lädt der
an Klemme CRECT erzeugte Strom, der proportional zum Produkt von
Lampenspannung und Lampenstrom ist, die Kondensatoren 192 und 194.
Die Schaltfrequenz des Wechselrichters 60 nimmt ab oder
zu, bis die Spannung an Klemme CRECT gleich der Spannung an Klemme
DIM ist. Wenn das Abblendniveau auf volle Lichtleistung (100%) eingestellt
wird, ermöglicht
man es den Kondensatoren 192 und 194, bis 2,9
Volt aufzuladen, wofür
die Spannung an Klemme CRECT auf der Grundlage der Rückkopplungsschleife
auf 2,9 Volt ansteigt. Während
diesem Spannungsanstieg schließt
die weiter unten ausführlicher
behandelte Rückkopplungsschleife.
Wenn die Spannung an Klemme CRECT ca. 2,9 Volt beträgt, schließt die Rückkopplungsschleife. Ähnlich ermöglicht man
es, wen das Abblendniveau auf kleinste Lichtleistung eingestellt
wird, den Kondensatoren 192 und 194, auf 0,5 Volt
aufzuladen, wofür
die wofür
die Spannung an Klemme CRECT auf der Grundlage der Rückkopplungsschleife
auf 0,5 Volt ansteigt. Allgemein entsprechen 0,5 Volt an Klemme
DIM 10% der vollen Lichtleistung. Für starkes Abblenden bis 1%
der vollen Lichtleistung kann ein externer, von Widerstand 199 gebildeter
Offset, der normalerweise nicht erforderlich ist, verwendet werden,
womit 0,5 Volt an Klemme DIM 1% der vollen Lichtleistung entsprechen.
Wenn das Abblendniveau auf maximale Lichtleistung eingestellt wird,
lädt der CRECT-Kondensator
auf 0,5 Volt vor der Sperrung der Rückkopplungsschleife.
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Herkömmliche Lampen mit zündungsbedingtem
Abblenden zeigen allgemein einen Zündungsblitz. Das Blitzlicht,
das über
der gewünschten
Beleuchtung liegt, wird mit der Zufuhr einer großen Strommenge an die Lampe über einen
relativ langen und unnötigen
Zeitraum nach der Zündung
(d. h. bis zu mehreren Sekunden) erreicht. So versichern die Zündungsschemen
herkömmlicher
Kompakt-Fluoreszenzlampen die erfolgreiche Zündung der Lampe. Der Erfindung
zufolge werden Zündungsblitze
jedoch minimiert. Die Dauer des Hellleuchtzustands nach der Zündung ist
sehr kurz bei der Abblendeinstellung, und der visuelle Effekt des
unerwünschten
Lichtblitzes wird minimiert. Es wird weitgehende Vermeidung von
Lichtblitzen erreicht, indem das der Lampe 85 zugeführte Stromniveau
direkt nach der Zündung
unter Verwendung der Rückkopplungsschleife
reduziert wird.
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In Amalgamlampen sinkt die Lampenspannung
wesentlich, wenn die Amal-gamtemperatur
ein vorbestimmtes Niveau übersteigt.
Der Quecksilber-Dampfdruck nimmt ab, was die Lampenspannung verringert.
Unter solchen Bedingungen führt
die Regelung der Lampenleistung zu extrem hohen Lampenströmen und
folglich zur Zerstörung
der Lampenelektroden und die Kürzung
des Lampenlebens.
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Der Erfindung zufolge wird ein annehmbares Lampenstromniveau
aufrechterhalten, indem die Mindestspannung an Übergang 181 gleich
der Spannung an Klemme VDD abzüglich
des Spannungsabfalls der Diode 186 festgeklemmt wird. Die
Spannung der Lampe 85, die über die Spannungs-Teilerkombination
der Widerstände 173, 174 und 177 skaliert
ist, wird mit einem Spitze-Spitze-Detektor erkannt, gebildet aus
Dioden und 182 und Kondensator 183 mit als Ergebnis eine
Gleichstromspannung proportional zur Spitze-Spitze-Lampenspannung bei Übergang 181.
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Die Spannung bei Übergang 181, die von dem
Widerstand 189 in Strom verwandelt, der an Klemme VL fließt, wird
nicht unter der Spannung der Klemme VDD minus des Spannungsabfalls
von Diode 186 aufrechterhalten. Da die IC 109 die
Lampenleistung regelt und mit dem Festklemmen der ermittelten Lampenspannung
auf einem Mindestwert hält wird
der Lampenstrom auf ein annehmbares Höchstniveau begrenzt.
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Eine Zusatzstromversorgung, die aus
einer Sekundärwicklung 78 des
Transformators T gebildet wird, ein Widerstand 162 und
ein Kondensator 163 werden zum Vermeiden von Flackern bereitgestellt. Flackern
wird vom momentanen Abschalten der IC 109 verursacht, wenn
das Spannungsniveau bei Klemme VDD unter eine für die IC 109 erforderliche Mindestschwelle
absinkt. Beim Einschalten der Lampe 85 entnimmt die CFL-Lampe 10 mehr
Strom, was das momentane Absinken der von Bus 101 gelieferten
Spannung bewirken kann. Da die Spannung an Klemme VDD auf der von
Bus 101 gelieferten Spannung gründet führt eine Verminderung des Spannungsniveaus
bei Klemme VDD unter diese Mindestschwelle zu Flackern.
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Die Zusatzstromversorgung ergänzt die Hauptstromversorgung.
Die Hauptstromversorgung, von der Zener-Diode 121 bedingt,
liefert dem Kondensator 157 eine Impulsspannung, indem
sie ihn auflädt.
Die Spannung an der VDD-Klemme wird von der zu ihr gleichen Spannung
durch Kondensator 157 vorgegeben. Die Zusatzstromversorgung
liefert eine gleichgerichtete Spannung nach, aber nicht während dem
Vorheizen, die der Klemme VDD zugeführt wird, indem die Spannung über die
Wicklung 78 mit dem Widerstand 162, dem Kondensator 163 und
der Diode 123 gekoppelt wird. Die Zusatzstromversorgung liefert
einen Offset-Gleichstrom an die Klemme VDD, der versichert, dass
die Spannung an Klemme VDD über
der Mindestschwelle von ca. 10 Volt aufrechterhalten wird, um die
IC 109 zu versorgen. Die momentane Unterbrechung des von
der Lampe 85 erzeugten Lichts (z. B. Flackern) aufgrund
der erhöhten
Ladung beim Einschalten der Lampe 85 wird so vermieden.
Der Strom wird zum Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 über die
Stromrückkopplungsleitung 87 vom Übergang 83 zum Übergang,
der die Dioden D2 und D4 und den Kondensator 51 miteinander
verbindet, rückgekoppelt.
Um die vom Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 an die
Lampe 85 gelieferte Überspannung
zu vermindern und die Strommenge unter Zünd- und Abblendbedingungen
zu erhöhen
wurde die von den Kondensatoren 81 und 82 der
Hohlraumresonatorschaltung gebildete Kapazitanz mittig aufgeteilt.
Der Rückkopplungsstrom
fließt nur
durch den Kondensator 81 und hängt vom Verhältnis zwischen
Kondensator 81 und Kondensator 82 ab. Das Verhältnis zwischen
Kondensator 81 und Kondensator 82 hängt vom
Verhältnis
zwischen der Lampenspannung (d. h. der Spannung durch die Lampe 85)
und der Leitungsspannung (d. h. die Spannung der Wechselstromquelle 20)
ab.
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Die Dioden D1 und D3 leiten, wenn
die Leitungsspannung positiv ist. Die Dioden D2 und D4 leiten, wenn
die Leitungsspannung negativ ist. Während des Spitzenteils jedes
Halbzyklus der Netzleitungsspannung (d. h. die Spannung aus der
Wechselstromquelle 20) gibt es keinen Hochfrequenz-Rückkopplungsbeitrag
von Kondensator 81. Somit ist die Spannung während des
Spitzenteils jedes Halbzyklus der Netzleitung größer als die Spannung am Übergang 83,
womit der Hochfrequenzbeitrag, der in den Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 gespeist
wird, von den Dioden D2 und D4 blockiert wird.
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Der Kondensator 51 ist ein
Gleichstrom-Sperrkondensator für
den elektrischen Anschluss des Übergangs
zur Verbindung der Dioden D1 und D3 mit dem Übergang zur Verbindung der
Dioden D2 und D4 in Bezug auf den Hochfrequenz-Rückkopplungsbeitrag
von Kondensator 81. Der Kondensator 51 versichert
hierbei, dass der Hochfrequenz-Rückkopplungsbeitrag
sowohl für
den positiven als auch den negativen Halbzyklus der Netzleitungsspannung
derselbe (d. h. symmetrisch) ist. Die Größe der Rückkopplung variiert auf der Grundlage
der Netzleitungsspannung und der Abblendein stellung. Die Kondensatoren 81 und 82 sind effektiv
mit der Lampe 85 parallel in Bezug auf den Hochfrequenzstrom,
der zum Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 rückgekoppelt
wird. Der zum Gleichrichter/Spannungsverdoppler 50 rückgekoppelte
Strom spiegelt die Spannung durch die Lampe 85 wider.
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Die Strom-Rückkopplungsschaltung ermöglicht es
der CFL-Lampe 10 vorteilhaft, mit einem Leistungsfaktor
unter 1,0 (d. h. um 0,7) zu arbeiten. Wenn der Leistungsfaktor ca.
1,0 beträgt,
werden die Komponenten im Wechselrichter 60 und der Ladung 70 viel
mehr belastet als bei einem niedrigeren Leistungsfaktor. Die Strom-Rückkopplungsschaltung erhöht den Leistungsfaktor
ausreichend auf ein Mindestniveau von ca. 0,7, das notwendig ist,
um die Leitung des Triac 35 aufrechtzuerhalten.
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In Bezug auf 4 enthält die IC 109 eine Strom-
und Dimmer-Regelschaltung 250.
Der Differenzialstrom zwischen den Klemmen LI1 und LI2 wird einem
aktiven Gleichrichter 300 zugeführt. Der Vollwellengleichrichter 300 richtet
die Wechselstrom-Wellenform unter Verwendung eines Verstärkers mit
interner Rückkopplung
anstatt mit einer Diodenbrücke
gleich, um jeden normal mit Dioden verbundenen Spannungsabfall zu
vermeiden. Eine Stromquelle 303 infolge des Ausgangs des
aktiven Gleichrichters 300 erzeugt einen gleichgerichteten Strom
ILDIFF entsprechend dem Stromfluss durch die Lampe 85,
der in einen der zwei Eingänge
eines Stromvervielfachers 306 geführt wird.
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Während
dem Vorheizen wird ein P-Kanal MOSFET 331 eingeschaltet
und ein N-Kanal MOSFET 332 ausgeschaltet, um die Klemme
VL auf das Spannungspotenzial der Klemme VDD zu heben. Am Ende dieses
Vorheizzyklus (d. h. 1 nach Sekunde) wird der P-Kanal MOSFET 331 abgeschaltet
und der N-Kanal MOSFET 332 eingeschaltet, damit der Strom-
und Dimmer-Regelbetrieb des Wechselrichters 60 stattfinden
kann. Nach dem Vorheizzyklus wird der durch die Klemme VL und den
N-Kanal MOSFET 332 fließende Strom vom Widerstand 333 skaliert.
Eine Stromquelle (z. B. ein Stromverstärker) 336 erzeugt
infolge des skalierten Stroms aus Klemme VL ein Stromsignal IVL.
Ein Klemmstrom 339 begrenzt das Höchstniveau des Stromsignals
IVL, welches in den anderen Eingang des Vervielfachers 306 gespeist
wird. Eine Stromquelle 309 gibt einen Strom ICRECT infolge
des Ausgangs eines Vervielfachers 306 ab, der sowohl an
Klemme CRECT als auch den nicht wechselrichtenden Eingang eines
Fehlerverstärkers 312 geführt wird.
Wie auf 3 gezeigt wandelt
das parallele Netzwerk von Kondensator 192 und Widerstand 195 parallel
mit den Serienkombinationen von Widerstand 193 und Kondensator 194 den wechselgerichteten
Strom an Klemme CRECT in einen Gleichstrom.
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Mit erneutem Bezug auf 4 wird eine Gleichstromspannung
vom Klemme DIM einer Spannungsklemmschaltung 315 zugeführt. Die
Spannungsklemmschaltung 315 hält die Spannung an Klemme CRECT
zwischen 0,3 und 3,0 Volt. Der Ausgang der Spannungsklemmschaltung 315 wird
dem wechselrichtenden Eingang des Fehlerverstärkers 312 zugeführt. Der
Ausgang des Fehlerverstärkers 312 steuert
das durch eine Stromquelle 345 fließende Stromniveau IDIF. Ein
Stromvergleicher 348 vergleicht den Strom IDIF mit einem
Referenzstrom IMIN und einem Strom IMOD und gibt ein Stromsignal
größter Größenordnung
ab. Der Strom IMOD wird von einem Schaltkondensatorintegrator 327 gesteuert.
Der vom Stromvergleicher 348 abgegebene Strom liefert ein
Steuersignal, das die Schwingungs- (Schalt-)Frequenz zur Schwingung
des VCO 318 bedingt. Beim Zünden der Lampe sind Klemme
CRECT und Strom IDIF gleich Null. Der Ausgang des Vergleichers 348 wählt unter
IMIN, IDIF und IMOD das maximale Stromniveau aus, welches IMOD ist.
Wenn die Spannung an Klemme CRECT die Spannung der Klemme DIM erreicht,
steigt der Strom IDIF. Wenn der Strom IDIF den Strom IMOD übersteigt,
ist der Ausgang des Vergleichers 348 gleich dem Strom IDIF.
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Die Rückkopplungsschleife ist um
den Fehlerverstärker 312 zentriert
und enthält
zahlreiche zur IC 109 interne und externe Komponenten,
um die Spannung an Klemme CRECT der Spannung an Klemme DIM anzugleichen.
Wenn die Spannung an Klemme DIM unter 0,3 Volt liegt, wird dem wechselrichtenden
Eingang des Fehlerverstärkers 312 eine Gleichstromspannung
von 0,3 Volt zugefürt.
Wenn die Spannung an Klemme DIM 3,0 Volt übersteigt, werden dem Fehlerversärker 312 3,0
Volt zugeführt. Die
der Klemme DIM zugeführte
Spannung muss von einschließlich
0,3 Volt bis einschließlich
3,0 Volt reichen, um das gewünschte
Verhältnis
von 10 : 1 zwischen dem Höchst-
und dem Mindestleuchtniveau der Lampe 85 zu erreichen.
Der Eingang von Vervielfacher 306 wird mit dem Klemmstrom 339 festgeklemmt,
um eine geeignete Skalierung des Stroms in den Vervielfacher zu
gewährleisten.
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Die Frequenz von CCO 318 infolge
des Ausgangs von Vergleicher 348 steuert die Schaltfrequenz
des Halbbrücken-Wechselrichters 60.
Der Vergleicher 348 liefert den Strom IMOD an CCO 318 während der
Vorheiz- und Zündauslenkung.
Von CCO 318 infolge des Stroms IMIN ausgehend aus dem Vergleicher 348 wird
eine Begrenzung der Mindestschaltfrequenz bewirkt. Die Mindestschaltfrequenz
gründet
auch auf einem Kon densator 159 und einem Widerstand 156,
die extern zur IC 109 an jeweils den Klemmen CF und RREF
geschaltet sind. Der Wechselrichter 60 läuft in geschlossenem
Kreislauf wenn die Spannung der Klemme CRECT der Größe der Klemme
DIM entspricht. Der Fehlerverstärker 312 gleicht
den vom Vergleicher 348 abgegebenen Strom IDIF an, um die
Spannung an Klemme CRECT relativ gleich zur Spannung der Klemme
DIM zu halten.
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Eine Abtastschaltung des Resonatorinduktorstroms überwacht
den Strom des Resonatorinduktors entsprechend dem Signal an Klemme
RIND mit der Feststellung, ob der Wechselrichter 60 in
oder nahe am kapazitiven Betriebsmodus ist. Der Wechselrichter 60 ist
in kapazitivem Betriebsmodus, wenn der durch Wicklung 75 fließende Strom
die Spannung über
Schalter 112 leitet. Nahe am kapazitiven Betriebsmodus
ist der durch Wicklung 75 fließende Strom nahe daran, leitet
jedoch die Spannung noch nicht durch Schalter 112. Bei
z. B. einer Resonatorfrequenz auf der Grundlage der Wicklung 75 und
den Kondensatoren 80, 81 und 82 von ca.
50 kHz besteht ein naher kapazitiver Betriebsmodus, wenn der durch die
Wicklung 75 fließende
Strom zurückbleibt,
doch innerhalb von ca. 1 Mikrosekunde von der Spannung durch Schalter 112 liegt.
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Die Schaltung 364 stellt
auch fest, ob Vorwärtsleitung
oder Körperdiodenleitung
(vom Substrat zum Drain) bei Schalter 100 oder 110 stattfindet.
Ein Signal IZEROb, erzeugt von der Abtastschaltung des Resonatorinduktorstroms,
das ist ein Signal IZEROb erzeugt beim Ausgang Q eines Flip-Flops 370,
hat ein hohes logisches Niveau, wenn entweder der Schalter 100 oder 112 leitet.
Das Signal IZEROb wird an Klemme IZEROb oder CCO 318 geleitet.
Wenn das Signal IZEROb ein niedriges logisches Niveau hat, ist die
Wellenform bei der CF-Klemme 379 grundlegend auf konstantem
Niveau. Wenn das Signal IZEROb ein hohes logisches Niveau hat und
der Schalter 100 leitend ist, steigt die Spannung an Klemme
CF. Wenn das Signal IZEROb ein hohes logisches Niveau hat und der
Schalter 112 leitend ist, nimmt die Spannung an Klemme
CF ab bzw. fällt.
Ein Signal CM, erzeugt von der Abtastschaltung des Resonatorinduktorstroms 364,
das ist ein Signal CM, erzeugt von einem OR-Gate 373, hat
ein hohes logisches Niveau, wenn die Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 nahe
am kapazitiven Betriebsmodus ist. Ein Schaltkondensatorintegrator 327 auf
der Grundlage von Signal CM mit einem hohen logischen Niveau bewirkt
eine Steigerung der Leistung der Stromquelle 329 (d. h.
der Strom IMOD). Die Leistungssteigerung des Stroms IMOD führt in Vergleicher 348 zur Leitung
des Stroms IMOD an den VCO 318, wobei ein Anstieg der Schaltfrequenz
von Wechselrichter 60 stattfindet. Der nahe kapazitive
Betriebsmodus wird von der Abtast schaltung des Resonatorinduktorstroms 364 durch Überwachung
des Vorzeichens (+ oder -) der Spannungswellenform an Klemme RIND während der
Haupt- (Aufwärts-)Flanke
jedes bei Klemme G1 und G2 der IC 109 erzeugten Gate-Steuerimpulses
erkannt. Wenn das Vorzeichen der Spannungswellenform an Klemme RIND
während
der aufsteigenden Flanke des Gate-Impulses G1 + (positiv) oder des
Gate-Impulses G2 – (negativ)
ist, befindet sich der Wechselrichter 60 nahe am kapazitiven
Betriebsmodus.
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Ein NAND-Gate 376 gibt ein
Signal CMPANIC ab, welches ein hohes logisches Niveau hat, wenn
der Wechselrichter 60 in kapazitivem Modus arbeitet. Nach
der Erkennung des kazapitiven Modus steigt das Niveau des Stroms
IMOD rapide an als Reaktion auf den rapiden Anstieg des Ausgangs
von Schaltkondensatorintegrator 327. Der VCO 318 steuert
auf der Grundlage von Signal IMOD, dem Widerstand 156 und
dem Kondensator 159 einen relativ abrupten Anstieg des
Wechselrichters 60 auf maximale Schaltfrequenz. Der kapazitive
Modus wird durch Überwachung
des Vorzeichens (+ oder –)
der Spannungswellenform an Klemme RIND während der Rück- (Abwärts-)Flanke jedes bei Klemme
G1 und G2 der IC 109 erzeugten Gate-Steuerimpulses erkannt.
Wenn das Vorzeichen der Spannungswellenform an Klemme RIND während der
absteigenden Flanke des Gate-Impulses G1 – (negativ) oder des Gate-Impulses
G2 + (positiv) ist, befindet sich der Wechselrichter 60 in
kapazitivem Betriebsmodus.
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Eine Schaltung 379 stellt
als Reaktion auf den Wert von Kondensator 165 (zwischen
Klemme PC und einer Schaltungsmasse angeschlossen) die Zeit zum
Vorheizen der Glühfäden von
Lampe 85 ein und einen Wechselrichter 60 auf Standby-Betriebsmodus.
Während
dem Vorheizzyklus werden an Klemme CP 2 Impulse (einer Dauer über 1 Sekunde) erzeugt.
Die Schaltfrequenz des Wechselrichters 60 während dem
Vorheizzyklus beträgt
ca. 80 kHz. Am Ende des Vorheizzyklus setzt ein Signal IGNST ein hohes
logisches Niveau zur Auslösung
des Zündstarts
voraus, d. h. eine Zündauslenkung
in der Schaltfrequenz von ca. 80 kHz auf etwas über die Resonatorfrequenz der
Wicklung 75 und der Kondensatoren 80, 81 und 82 von
z. B. ca. 60 kHz/Millisekunde.
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Die IC 109 regelt die Amplitude
des Stromflusses durch die Resonatorwicklung 75, was an Klemme
RIND festgestellt wird. Wenn die Spannungsgröße an Klemme RIND 0,4 übersteigt
setzt ein vom Vergleicher 448 ausgehendes Signal PC ein
hohes logisches Niveau voraus, was den Ausgang des Schaltkondensatorintegrator 327 dazu
veranlasst, das Niveau des Stroms IMOD anzupassen. Es erfolgt eine
Erhöhung
der Schaltfrequenz RMS, welche die Amplitude des durch die Resonatorwicklung 75 fließen den Stroms
vermindert. Wenn die Spannungsgröße an Klemme
RIND unter 0,4 abfällt,
setzt das Signal PC ein niedriges logisches Niveau voraus, was den
Ausgang des Schaltkondensatorintegrator 327 dazu veranlasst,
das Niveau des Signals IMOD derart anzupassen, damit die Schaltfrequenz
abnimmt. Es erfolgt eine Zunahme des Stromflusses durch die Resonatorwicklung 75.
Es wird ein gut geregelter Stromfluss durch die Resonatorwicklung 75 erzielt,
was beim Vorheizen eine prinzipiell konstante Spannung jedes Glühfadens
der Lampe 85 ermöglicht.
Im Gegensatz dazu kann durch Einschluss eines Kondensators (nicht
abgebildet) in Serien mit jedem Glühfaden beim Vorheizen ein prinzipiell
konstanter Stromfluss durch die Glühfäden erzielt werden.
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Die Schaltung 379 enthält auch
einen Zündungs-Zeitgeber,
der nach dem Ablauf des Vorheizzyklus initiiert wird. Nach seiner
Aktivierung wird an Klemme CP 1 Impuls erzeugt. Wenn nach diesem Impuls
ein kapazitiver Modus des Wechselrichterbetriebs oder eine Überspannungsbedingung
in Lampe 85 festgestellt wird, geht die IC 109 in Standby-Betriebsmodus über. Während dem
Stand-by stoppt der VCO 318 das Schwingen, womit die Schalter 112 und 100 in
jeweils leitendem und nichtleitendem Zustand gehalten werden. Um
den Standby-Betriebsmodus zu verlassen muss die Spannungszufuhr
an die IC 109 (an Klemme VCC zugeführt) auf oder unter die Abschaltschwelle
(d. h. 10 Volt) reduziert und dann auf mindestens die Einschaltschwelle
(d. h. 12 Volt) erhöht
werden.
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Der Vorheiz-Zeitgeber enthält einen Schmitt-Auslöser 400 (d.
h. einen Vergleicher mit Hysterese), der die Bewegungspunkte der
Wellenform CP festlegt. Diese Bewegungspunkte entsprechen den dem
Eingang des Schmitt-Auslösers 400 zugeführten Spannungen,
um diesen letzteren zu starten und zu stoppen. Ein Schalter 403 liefert
in leitendem Zustand einen Weg zum Entladen von Kondensator 165.
Der Schalter 403 wird bei und über die Dauer von Impulsen
in leitenden Zustand gebracht, die vom Schmitt-Auslöser 400 ausgehen.
Der Kondensator 165 entlädt immer dann, wenn die Spannung
an Klemme CP den oberen Bewegungspunkt, wie vom Schmitt-Auslöser 400 festgelegt, übersteigt. Der
Entladeweg enthält
die Klemme CP, den Schalter 403 und eine Schaltungsmasse.
Der Kondensator 165 wird von einer Stromquelle 388 geladen.
Wenn ein kapazitiver Betriebsmodus festgestellt wird, wie es die
Erzeugung eines Signals CMPANIC an einem NAND-Gate 376 zu
erkennen gibt, wird ein Schalter 392 eingeschaltet. Der
Kondensator 165 wird jetzt auch von einer Stromquelle 391 geladen.
Der den Kondensator 165 ladende Strom ist 10-mal höher, wenn
der kapazitive Betriebsmodus erkannt wird. Die Spannung an Klemme
CP erreicht den oberen Bewegungspunkt des Schmitt-Auslösers 400 in
1/10 der wenn nicht in kapazitivem Modus erforderlichen Zeit. Der
Impuls hierfür
an Klemme CP ist 10-mal kürzer, wenn
der kapazitive Betriebsmodus erkannt wird, als wenn der kapazitive
Betriebsmodus nicht erkannt wird. Folglich kommt die IC 109 immer
dann innerhalb relativ kurzer Zeit in Standby-Betriebsmodus, wenn
eine Zunahme der Schaltfrequenz die kapazitive Modusbedingung nicht
aushebt.
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Die Vorheiz-Zeitgeber enthält auch
einen Zähler 397 bildenden
Flip-Flop vom Typ D. Der Ausgang des NAND-Gates 406 erzeugt
ein Signal COUNT 8b, welches ein neues logisches Niveau
am Ende der Zündungsperiode
voraussetzt. Ein Gate 412 gibt ein hohes logisches Niveau
aus, wenn eine Mindestschwellen-Überspannungsbedingung
(z. B. entsprechend dem Signal OVCLK) in Lampe 85 oder ein
kapazitiver Modus des Wechselrichterbetriebs (z. B. entsprechend
dem Signal CMPANIC) festgestellt wurde. Wenn der Ausgang von Gate 415 ein
hohes logisches Niveau voraussetzt, wird Schalter 403 eingeschaltet,
was die Entladung von Kondensator 165 bewirkt.
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Wie zuvor besprochen wird nach dem
Vorheizzyklus der von Klemme VL kommende Eingangsstrom dem Vervielfacher 306 aus
Gründen
der Stromregulierung und Dimmer-Steuerung über die Stromquelle 336 zugeführt. Der
Eingangsstrom an Klemme VL speist auch die nicht gleichrichtenden Eingänge eines
Vergleichers 421, 424 und 427 über eine
jeweilige Stromquelle 417, eine Stromquelle 418 und
eine Stromquelle 419.
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Der Vergleicher 421 aktiviert
als Reaktion auf die Erkenntnis, dass die Lampenspannung eine Mindestschwellen-Überspannung überschritt,
den Zündungs-Zeitgeber.
Wenn die Mindestschwellen-Überspannungsbedingung
nach dem Ablauf des Zündungs-Zeitgebers anhält, geht
die IC 109 in Standby-Betriebsmodus. Ein D-Typ-Flip-Flop 430 stoppt den
Ausgang von Vergleicher 421 an der abfallenden Flanke des
an Klemme G2 erzeugten Gate-Impulses. Die logische Kombination eines
D-Typ-Flip-Flop 433, eine AND-Gates 436 und eines
NOR-Gates 439 bewirkt eine Schaltung (ein N-Kanal-MOSFET) 440 zum Öffnen und
somit Sperren des Signals ICRECT, wenn die minimale Überspannungsschwelle
während
dem ersten Zündauslenkung überschritten
wird. Der Flip-Flop 433 hat
seinen Eingang D mit einem internen Knotenpunkt 385 verbunden.
Der Eingang D von Flip-Flop 433 setzt am Ende des Vorheizzyklus ein
hohes logisches Niveau voraus, wenn eine Mindestschwellen-Überspannungsbedingung
erkannt wurde. Der Ausgang von Flip-Flop 433 setzt als
Reaktion auf das hohe logische Niveau an seinem Eingang D ein niedriges
logisches Niveau am Ausgang von Gate 439 voraus und schaltet
auf ein niedriges logisches Niveau. Der Schalter 440 öffnet und
hindert somit das Signal ICRECT daran, die Klemme CRECT zu erreichen.
Wenn das Signal ICRECT am Erreichen von Klemme CRECT gehindert wird,
entlädt
der Kondensator 192 über
den Widerstand 195. Eine volle Entladung findet statt,
wenn der externe Offset 198 nicht verwendet wird. Eine
teilweise Entladung findet statt, wenn der Offset 198 wie
auf 2 gezeigt verwendet
wird. In jedem Fall verringert die Entladung von Kondensator 192 die
Spannung an Klemme CRECT zur Versicherung dessen, dass die Rückkopplungsschleife
nicht schließt.
Das NOR-Gate 439 schaltet daher den Schalter 440 während dem
Vorheizzyklus ab. Es wird kein Signal ICRECT an den Fehlerverstärker 312 geleitet
oder von Klemme CRECT abgeleitet, um den Kondensator 192 zu
laden.
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Nach dem Beginn der Zündauslenkung,
die direkt dem Abschluss des Vorheizzyklus folgt, hat das Signal
IGNST ein hohes logisches Niveau. Der Schalter 440 schaltet
jetzt ein und bleibt während
der Zündauslenkung
eingeschaltet, außer
es wird eine Mindestschwellen-Überspannung
(d. h. ca. die Hälfte der
Höchstspannung,
die der Lampe 85 während
der Zündung
zugeführt
wird) von Vergleicher 421 erkannt. Während dem Zündauslenkung nimmt die Schaltfrequenz
ab, was zu einem Spannungsanstieg in Lampe 85 und der Strommessung
führt.
Die Größe des Signals
ICRECT nimmt zu, womit der Kondensator 192 geladen wird,
was zu einem Spannungsanstieg an Klemme CRECT führt. Bei niedrigen Abblendniveaus
könnte
die Spannung an Klemme CRECT gleich der Spannung an Klemme DIM sein. Ohne
weiteres Einschreiten schließt
der Fehlerverstärker 312,
wenn er keine Unterschiede zwischen diesen beiden Spannungen erkennt,
die Rückkopplungsschleife
vorzeitig vor der erfolgreichen Zündung der Lampe 85.
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Zur Vermeidung des vorzeitigen Schließens der
Rückkopplungsschleife
schaltet Gate 439 während
der Zündauslenkung
den Schalter 440 aus und hält den Schalter 440 solange
ausgeschaltet, bis eine von Vergleicher 421 erkannte Mindestschwellen-Überspannungsbedingung gegeben
ist. Indem das Signal ICRECT gehindert wird, Klemme CRECT zu erreichen,
fällt die
Spannung an Klemme CRECT, und sie wird somit daran gehindert, der
Spannung an Klemme DIM zu entsprechen, selbst wenn diese auf ein
tiefes Abblendniveau gebracht wird. Demnach kann die Rückkopplungsschleife
während
der Zündauslenkung
nicht schließen,
und sie hat somit keinen Erfolg dabei, die Zündung zu verhindern. Vorzugsweise
wird der Schalter 440 nur dann abgeschaltet, wenn die Zündauslenkung
beginnt und die Lampenspannung die Mindestschwellen-Überspannung
erreicht, bis die Lampe 85 zündet. Während der Schalter 440 ausgeschaltet
ist, kann der Kondensa tor 192 über den Widerstand 195 ausreichend
entladen, um zu versichern, dass die Rückkopplungsschleife nicht vorzeitig
während
der Zündauslenkung schließt.
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Herkömmliche Regelschemen für Kompakt-Fluoreszenzlampen
führen
für einen
erfolgreichen Lampenstart eine relativ große Menge Strom während einem
unerwünscht
langen Zeitraum (d. h. bis zu mehreren Sekunden) der Lampe zu. Beim
Versuch zum Starten der Lampe bei einem relativ niedrigen Helligkeitsniveau
kann der unerwünscht
lange Zeitraum, über
den das relativ hohe Stromniveau der Lampe zugeführt wird, zu einer als Zündblitz
bezeichneten Situation führen.
Unter dieser Bedingung tritt momentan ein potenziell weitaus helleres
als gewünschtes
Blitzlicht auf.
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Der Erfindung zufolge wurde der Zündblitz weitgehend
beseitigt, d. h. er wurde derart minimiert, dass er nicht wahrgenommen
wird. Die weitgehende Beseitigung des Zündblitzes wurde erreicht, indem der
unerwünscht
lange Zeitraum vermieden wurde, während dem das relativ hohe
Stromniveau der Lampe 85 zugeführt wird. Insbesondere wird
die Lampe 85 mit einem relativ hohen Stromniveau während ca. einer
Millisekunde oder weniger vor der Größenreduzierung nach der Lampenzündung versorgt.
Diese direkte Verringerung des Lampenstroms wird erreicht durch
die Überwachung
der Überspannungsbedingungen
insbesondere dann, wenn die Lampenspannung unter die Mindestschwellen-Überspannung
abfällt
(wie von Vergleicher 421 bestimmt), bevor es dem Schalter 440 gestattet
wird, wieder zu schließen. Dieser
Abfall an Lampenstrom unter die Mindestschwellen-Überspannung
findet direkt nach der erfolgreichen Zündung der Lampe 85 statt.
Anders gesagt wird bei wesentlichen Abblendniveaus das Auftreten
von Zündblitzen
vermieden, indem zuerst festgestellt wird, wann die Lampenspannung
die Mindestschwellen-Überspannung
erreicht und/oder überschritten
hat und dann, wann die Lampenspannung unter die Mindestschwellen-Überspannung
abfiel.
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Der Ausgang von Vergleicher 424 setzt
ein hohes logisches Niveau voraus, wenn die Lampenspannung die Höchstschwellen-Überspannung
(d. h. zweimal die Mindestschwellen-Überspannung) überschreitet.
Wenn der Ausgang des Vergleichers 424 ein hohes logisches
Niveau ohne die Erkennung des nahen kapazitiven Modus hat, erhöht der Schaltkondensatorintegrator 327 die
Schwingfrequenz des VCO 318, und daher setzt die Schaltfrequenz
bei einer festen Größe (z. B.
einer Auslenkrate von 10 kHz/Millisek.) auf der Grundlage von Ausgang
Q eines D-Typ-Flip-Flop 445 ein hohes logisches Niveau voraus
(d. h. Signal FI (Signalerhöhung)
ausgegeben von Flip-Flop 445 hat ein hohes logisches Niveau). Das
Zeitintervall der Schaltperiode von Wechselrichter 60 wird
deshalb reduziert.
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Wenn der Ausgang von Vergleicher 424 ein hohes
logisches Niveau hat und eine nahe kapazitive Bedingung erkannt
wird, erhöht
der Schaltkondensatorintegrator 327 die Schwingfrequenz
des VCO 318 und somit die Schaltfrequenz unverzüglich (d.
h. innerhalb von 10 Mirkosekunden) auf ihren Höchstwert (d. h. 100 kHz) auf
der Grundlage des NAND-Gates 442, das ein hohes Niveau
voraussetzt (d. h. das vom NAND-Gate 442 ausgegebene Signal
FSTEP setzt ein hohes logisches Niveau voraus). Diese Schaltperiode
des Wechselrichters 60 wird als Reaktion auf die jetzt
auf maximalem Oszillationswert befindlichen VCO 318 auf
ihr Mindestzeitintervall (d. h. 10 Mikrosekunden) reduziert.
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Der Ausgang von Vergleicher 427 setzt
ein hohes logisches Niveau voraus, wenn die Lampenspannung eine
(über der
Höchstschwellen-Überspannung
gelegene) Überspannungs-Warnschwelle übersteigt.
Wenn der Ausgang von Vergleicher 427 ein hohes logisches
Niveau hat, erhöht
der Schaltkondensatorintegrator 327 die Schaltfrequenz
des VCO 318 unverzüglich
auf seinen Höchstwert
auf der Grundlage des NAND-Gates 442, das ein hohes logisches
Niveau voraussetzt (d. h. das vom NAND-Gate 442 ausgegebene
Signal FSTEP (Frequenzschritt) setzt ein hohes logisches Niveau
voraus).
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Die Gate-Steuerschaltung 320 ist
eine gut bekannte Technik, die ausführlicher im U.S.-Patent Nr.
5.373.435 beschrieben wird. Die Beschreibung der Gate-Steuerschaltung im
U.S.-Patent Nr. 5.373.435 wurde in diese Beschreibung integriert. Die
Klemmen FVDD, G1, S1 und G2 der IC 109 entsprechen den
Knotenpunkten PI, P2, P3 und G1, wie auf 1 des U.S.-Patents Nr. 5.373.435 gezeigt. Die
auf 3 darin gezeigten
Signale G1L und G2L entsprechen den Signalen M Terminal INL und
zwischen einer Steuerung und einem Niveauschieber, wenn jeweils
die obere Schaltung DU im U.S.-Patent Nr. 5.373.435 eingeschaltet
ist.
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Ein Versorgungsregler 592 enthält einen Bandbreitenregler 595,
der eine Ausgangsspannung von ca. 5 Volt erzeugt. Der Regler 595 ist über einen großen Temperatur-
und Versorgungsspannungsbereich (VDD) weitgehend unabhängig. Der
Ausgang eines Schmitt-Auslösers 598 (d.
h. ein Vergleicher mit Hysterese), als Signal LSOUT (niedrige Ausgangsversorgung)
bezeichnet, erkennt die Beschaffenheit der Versorgungsspannung.
Wenn die Eingangs-Versorgungsspannung bei Klemme VDD eine Einschaltschwelle
(z. B. 12 Volt) überschreitet,
hat das Signal LSOUT ein niedriges logisches Niveau. Wenn die Eingangs-Versorgungsspannung
bei Klemme VDD unter eine Abschaltschwelle (z. B. 10 Volt) abfällt, hat das
Signal LSOUT ein hohes logisches Niveau. Beim Starten hat das Sig nal
LSOUT ein hohes logisches Niveau, was den Ausgang von Impuls 601,
als Signal STOPOSC bezeichnet, auf ein hohes logisches Niveau bringt.
Der VCO 318 setzt als Reaktion auf das Signal STOPOSC mit
einem vorausgesetzten hohem logischen Niveau dem Schwingen des VCO 318 ein Ende
und Klemme CF auf die dem Bandbreitenregler 595 entsprechende
Ausgangsspannung.
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Wenn die Versorgungsspannung an Klemme VDD
die Eingangsschwelle überschreitet,
womit das Signal LSOUT ein hohes logisches Niveau voraussetzt, setzt
das Signal STOPOSC ein neues logisches Niveau voraus. Der VCO 318 regelt
als Reaktion auf das Signal STOPOSC auf niedrigem logischen Niveau
den Wechselrichter 60 so, um mit einer Schaltfrequenz wie
hier beschrieben zu schwingen, wobei der Klemme CF eine grundsätzlich trapezförmige Wellenform
zugeführt
wird. Wenn die Spannung an Klemme VDD unter die Abschaltschwelle
abfällt und
die Gate-Steuerung an Klemme G2 ein hohes logisches Niveau voraussetzt,
stoppt der VCO 318 zu schwingen. Die Schalter 100 und 112 werden
in ihrem jeweils nichtleitenden und leitenden Zustand erhalten.
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Der Ausgang von Impuls 601 setzt
ebenfalls ein hohes logisches Niveau voraus, was den VCO 318 veranlasst,
das Schwingen zu stoppen und einen Stand-by-Betriebsmodus vorauszusetzen, wenn der Ausgang
des NOR-Gates 604 ein hohes logisches Niveau voraussetzt.
Der Ausgang des NOR-Gates 604, als Signal NOIGN erfasst,
setzt ein hohes logisches Niveau voraus, wenn am Ende der Zündungsperiode
entweder eine Überspannungsbedingung durch
Lampe 85 oder ein kapazitiver Betriebsmodus des Wechselrichters
festgestellt wird. Eine dieser Bedingungen tritt ein, wenn die Lampe 85 aus
der Schaltung entnommen wird. Die Überspannungsbedingung tritt
ein, wenn Lampe 85 nicht zündet.
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5 zeigt
den Schmitt-Auslöser 598.
Mehrere Widerstände 701, 704, 707 und 710 sind
seriell geschaltet und bilden einen Spannungsteiler zwischen Klemme
VDD und einer Masseschaltung. Der leitende Zustand von Transistor 713 in
einer ersten Ausführungsform
des Schmitt-Auslösers
wird auf der Grundlage des logischen Niveaus eines Signalbalkens
IGNST gesteuert. Diese erste Ausführungsform des Schmitt-Auslösers wird
durch Schließen
des Schalters 714 gehandhabt. Das Schließen von Schalter 714 im
Schmitt-Auslöser 598 entspricht
und wird vorzugsweise über
das Entfernen von Schalter 714 erreicht, indem der Signalbalken
IGNST direkt an das Gate von Transistor 713 angeschlossen
wird.
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Die Spannung an einem wechselrichtenden Eingang
von Vergleicher 719 hängt
vom Spannungsteiler ab, der wiederum von der Spannung der Klemme
VDD und dem logischen Niveau von Signalbalken IGNST abhängt. Der
Vergleicher 719 vergleicht die Spannung am wechselrichtenden
Eingang mit der Spannung an VREG 595. Der Hystereseeffekt
zwischen dem hohen und niedrigen logischen Niveau des Ausgangssignals
wird über
einen Transistor 716 bewirkt.
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Die Spannung an Klemme VDD variiert
während
und nach dem Vorheizzyklus. Der Signalbalken IGNST setzt ein hohes
logisches Niveau während dem
Vorheizzyklus und ein niedriges logisches Niveau nach diesem Vorheizzyklus
voraus. Die Spannung an Klemme VDD, bei der der VCO 318 zu schwingen
stoppt, hiernach als Unterspannungs-Verriegelungsniveau (UVLO) bezeichnet,
variiert auf der Grundlage des logischen Niveaus von Signalbalken IGNST.
Die Schwelle des UVLO-Niveaus ist höher, wenn der Signalbalken
IGNST ein hohes logisches Niveau (z. B. beim Vorheizen) im Vergleich
zu dem hat, wenn der Signalbalken (IGNST ein niedriges logisches
Niveau (z. B. nach dem Vorheizen) hat.
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Einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung zufolge kann der Schmitt-Auslöser 598 geändert werden,
indem der Signalbalken IGNST nicht mehr in das Gate von Transistor 713 gespeist
wird (hiernach als alternative Schmitt-Auslöser-Ausführung
bezeichnet). Das UVLO-Niveau variiert hierbei nicht viel. Die alternative
Schmitt-Auslöser-Ausführung wird
durch Öffnen
von Schalter 714 gehandhabt. Das Öffnen von Schalter 714 in
der alternativen Schmitt-Auslöser-Ausführung entspricht
und wird vorzugsweise über
das Entfernen von Transistor 713, Schalter 714 und
den Verbindungen zu den Signalbalken IGNST erreicht.
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Die Erfindung vermeidet mit der Verwendung von
Schmitt-Auslöser 598 und/oder
der zusätzlichen Stromzufuhr
ein Flackern der Lampe 85. Der Schmitt-Auslöser 598 und/oder
die zusätzliche Stromzufuhr
hindern die IC 109 daran, wenn das Spannungsniveau an Klemme
VDD unter eine minimal erforderliche Schwelle für die Versorgung der IC 109 abfällt, momentan
abzuschalten. Das Spannungsniveau an Klemme VDD kann, wenn Lampe 85 eingeschaltet
ist (d. h. nach dem Vorheizen), mit einer zusätzlichen Stromzufuhr (z. B.
Sekundärwicklung 78,
Widerstand 162 und Kondensator 163) zur Unterstützung der
Hauptstromzufuhr (bedingt durch die Zener-Diode 121 zur
Abgabe einer Impulsspannung an Kondensator 157) und/oder
durch Senken der UVLO-Schwelle über
dem UV-LO-Niveau
erhalten bleiben. Durch die Variation der der Klemme VDD zugeführten Span nung
und/oder der UVLO-Schwelle während
dem Vorheizen und dann nach dem Vorheizen kann das Spannungsniveau
an Klemme VDD über
dem UVLO-Niveau erhalten bleiben, wenn Lampe 85 eingeschaltet
ist.
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Daher erhält die IC 109 über ihre
Klemme VDD mindestens ein variierendes Eingangssignal für den Betrieb
der IC 109. Wenn der Schmitt-Auslöser 598 anstatt der
al-ternativen Schmitt-Auslöser-Ausführung verwendet
wird, zeichnet sich die Spannung an Klemme VDD durch verschiedene
vorbestimmte Spannungsbereiche ungleich Null auf der Grundlage des
Betriebsmodus aus. Während
dem Vorheizmodus variiert die Spannung an Klemme VDD generell zwischen
einer Obergrenze von 12 Volt und einer Untergrenze von 10 Volt.
Nach dem Vorheizmodus (d. h. während
und nach dem Einschalten der Lampe) variiert die Spannung an Klemme
VDD generell zwischen einer Obergrenze von 12 Volt und einer Untergrenze
von 9 Volt.
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Wenn die alternative Schmitt-Auslöser-Ausführung anstatt
des Schmitt-Auslösers 598 verwendet
wird, zeichnet sich die Spannung an Klemme VDD sowohl während dem
Vorheizmodus als auch nach dem Vorheizmodus durch dieselben Spannungsbereiche
ungleich Null aus. Sowohl während dem
Vorheizmodus als auch nach dem Vorheizmodus variiert die Spannung
an Klemme VDD bei der alternativen Schmitt-Auslöser-Ausführung
generell zwischen einer Obergrenze von 12 Volt und einer Untergrenze
von 10 Volt.
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Es versteht sich, dass die Zusatz-Stromversorgung
mit dem Schmitt-Auslöser 598 oder
mit der alternativen Schmitt-Auslöser-Ausführung verwendet werden kann.
Der Schmitt-Auslöser 598 kann
ohne zusätzliche
Stromzufuhr verwendet werden (d. h. die Zusatz-Stromversorgung ist
nicht erforderlich).
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Die Klemme VL wird in Bezug auf den
Lampenstrom verwendet und schützt
die Lampe vor Überspannungsbedingungen
unter Bereitstellung einer Ausgangssteuerung zur Differenzierung
zwischen Vorheizen und normaler Regelung. Der Eingang an Klemme
VL ist ein Strom proportional zur Lampenspannung (d. h. Spitze oder
gleichgerichteter Durchschnitt). Der Strom an Klemme VL wird an
einen Vervielfacher 306 gekoppelt, der ein Signal erzeugt,
das dem Produkt von Lampenstrom und Lampenspannung entspricht und
wie zuvor besprochen zur Regelung des Lampenstroms verwendet wird. Der
Strom an Klemme VL wird auch an die Vergleicher 421, 424 und 427 zur
Erkennung von Überspannungsbedingungen
gekoppelt. Es ist nicht notwendig, den Lampenstrom während dem
Vorheizzyklus zu regeln, wobei es allerdings bislang in Lampe 85 noch
keine volle Bogenentladung gibt. Während dem Vorheizzyklus arbeitet
der Wechselrichter 60 mit einer weitaus höheren Frequenz
als die Resonatorfrequenz der ungeladenen Hohlraumschaltung LC von Wicklung 75 und
Kondensator 80. Diese viel höhere Frequenz während dem
Vorheizzyklus bewirkt eine relativ niedrige Spannung in Lampe 85,
was eine Beschädigung
der Komponenten in Kompakt-Fluoreszenzlampe 10 oder Lampe 85 verhindert.
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Während
dem Vorheizzyklus wird ein P-Kanal MOSFET 331 eingeschaltet
und ein N-Kanal MOSFET 332 ausgeschaltet, damit die Klemme
VL dasselbe Spannungspotenzial wie Klemme VDD aufweist. Die Klemme
VL hat daher während
dem Vorheizzyklus ein hohes logisches Niveau und ansonsten (d. h.
unter Zündungs-
und Dauerbetriebsbedingungen) ein niedriges logisches Niveau. Diese
zwei unterschiedlichen logischen Niveaus an Klemme VL weisen aus,
ob der Wechselrichter 60 in Vorheiz- oder Nicht-Vorheiz-Betrieb arbeitet.
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Der Wechselrichter 60 ist
in kapazitivem Betriebsmodus, wenn der durch Wicklung 75 fließende Strom
die Spannung durch Schalter 112 in Phase leitet. Im nahen
kapazitiven Modus bleibt der durch Wicklung 75 fließende Strom
leicht zurück
doch innerhalb der vorbestimmten Intervallzeit (d. h. generell ca.
1 Mikrosekunde) der Spannung durch Schalter 112. Anders
gesagt bleibt der durch Wicklung 75 fließende Strom
innerhalb der vorbestimmten Phasendifferenz hinter der Spannung
durch Schalter 112 zurück.
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Um die Schaltfrequenz von Wechselrichter 60 am
Erreichen des kapazitiven Betriebsmodus zu hindern, und falls bereits
darin sie schnellstmöglich davon
herauszuführen,
wird der Lampenstrom jeden ½ Zyklus
einer Wechselrichter-Schaltperiode mit einem anderen zweier Gate-Spannungen
unter Bestimmung der Phasendifferenz verglichen. Im Gegensatz hierzu
unterscheiden herkömmliche
kapazitive Betriebsschutzschemen nicht zwischen kapazitivem und
nahem kapazitivem Betriebsmodus, weshalb sie bei der Erkennung solch
eines Betriebsmodus entweder überkompensieren
oder unterkompensieren.
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Die kapazitiven Betriebsbedingungen
können
sehr schnell erreicht werden, indem Lampe 85 z. B. von
Ladung 70 entfernt wird. Im kapazitiven Modus kann eine
Beschädigung
der Schalttransistoren (d. h. der Schalter 100 und 112)
stattfinden und oft mit herkömmlichen
Schutzschemen nicht vermieden werden.
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Der Erfindung zufolge wird der nahe
kapazitive Betriebsmodus durch Überwachung
des Vorzeichens der Spannungswellenform an Klemme RIND während der
aufsteigenden Flanke jeder Gate-Impulssteuerung erkannt, die an
Klemme G1 und G2 erzeugt wird. Nachdem sowohl der nahe kapazitive
Betriebsmodus als auch die Höchst schwellen-Überspannung
erkannt wurden, steigt der CCO 318 unverzüglich (d.
h. innerhalb von 10 Mikrosekunden) auf seinen Höchstwert.
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Die kapazitive Betriebsbedingung
wird durch Überwachung
des Vorzeichens der Spannungswellenform an Klemme RIND während der
absteigenden Flanke jeder Gate-Impulssteuerung erkannt, die jeweils
an Klemme G1 und G2 erzeugt wird. Nachdem der kapazitive Betriebsmodus
erkannt wurde, steigt der CCO 318 unverzüglich (d.
h. innerhalb von 10 Mikrosekunden) auf seinen Höchstwert, um zu versichern
dass Wechselrichter 60 innerhalb eines induktiven Modus
arbeitet, d. h. mit der in Schalter 112 während seinem
nichtleitenden Zustand in Phase über
dem durch Wicklung 75 fließenden Strom entwickelten Spannung.
Die maximale Schwing- (Schalt-)Frequenz sollte gut über der
ungeladenen Resonatorfrequenz liegen. Generell wird die Höchstfrequenz
des CCO 318 (d. h. das minimale Zeitintervall der Schaltzeit)
gleich der ursprünglichen
Betriebsfrequenz von Wechselrichter 60 (d. h. 100 kHz) eingestellt.
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Wie nun deutlich ersichtlich bietet
die Erfindung eine Kompakt-Fluoreszenzlampe,
in der Variationen des Abblendsignals wegen Differenzen im Mindest-Einfallswinkel bei
verschiedenen Triac-Dimmern von der Zener-Diode 67 auf
einen Spannungsbereich begrenzt werden, den die IC 109 mühelos bewältigt. Folglich
bedingt die Zener-Diode 67 einen Mindest-Einfallswinkel
(d. h. 25–30
Grad) entsprechend dem maximalen Abblend-Spannungssignal.