EP0208083A2 - Dimmerschaltung für ein elektronisches Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a dimmer circuit for at least one electronic fluorescent lamp ballast, which has a power supply circuit that feeds two parallel circuit branches, each of which leads over an electrode of the fluorescent lamp and contains two electronic switches in series and has a control unit for controlling the electronic switches.
- a known fluorescent lamp ballast (DE-OS 29 42 468) has four electronic switches which are connected in the manner of a bridge circuit, in the transverse branch of which the fluorescent lamp is located.
- the electronic switches are switched by a logic control unit. To ignite the gas discharge, two diagonally opposite switches are blocked so that a current through the discharge of a Inductance is supported, flows through the fluorescent lamp. The switches are then clocked with a high-frequency alternating voltage of over 10 kHz, as a result of which the fluorescent lamp is periodically reversed with the frequency mentioned.
- a current sensor is provided in one of the circuit branches, but is only used to determine the ignition of the fluorescent lamp and to switch off the control unit after a certain number of unsuccessful ignition attempts. The current through the fluorescent lamp depends on various parameters, for example the lamp resistance. Different ballasts are required for different lamp powers. A device for dimming is not provided in the known ballast.
- phase control circuit instead of the mains switch to dim the fluorescent lamps, i.e. operate at partial load to produce a lower lamp brightness.
- the magnitude of the voltage that is supplied to the ballasts is changed by the phase control circuit. If such a control circuit is used for numerous lights, then it must be designed for high performance.
- leading edge control circuits are bulky and expensive. They are only able to change the voltage supplied to the ballast in a range from 0 to 100%, but cannot exceed 100%.
- the invention has for its object a dimmer To create circuit of the type mentioned that performs a powerless or low power control of the ballast and is therefore able to control any number of ballasts together.
- the current supplied to the fluorescent lamp can be changed as a function of a reference signal
- the ballast is assigned a memory in which information about the nominal load of the fluorescent lamp is stored and that the reference signal is generated by a modulation circuit which combines the signal provided by the memory circuit with an external control signal.
- the current that the ballast supplies to the fluorescent lamp is generated individually by a reference signal for the ballast in question.
- the reference signal is formed from two different quantities, namely on the one hand from the content of the memory of the ballast and on the other hand from the external control signal.
- the external control signal can be supplied to several ballasts together, each ballast then generating its own reference signal, which determines the lamp current, taking into account the content of its memory. In this way, it is possible to control numerous ballasts to which lamps with different nominal powers are connected by means of a common control signal, so that all lamps can be dimmed together.
- the fluorescent lamps are then all operated with the same percentage of their nominal current.
- the dimmer circuit according to the invention also makes it possible to operate fluorescent lamps with a current which is greater than the nominal current. This is possible because the control signal can assume a value that is greater than the value that corresponds to "100% lamp power". Fluorescent lamps can be operated briefly with a current that e.g. Corresponds to 130% of the nominal current without being damaged. If a high brightness is temporarily required, this can be achieved by changing the control signal accordingly.
- the control signal and / or the content of the memory can be in digital form or as analog voltages.
- the modulation circuit is designed either as a digital or an analog modulator.
- the control signal is normally changed by manual actuation of an actuator or other input device in order to set the lamp brightness in the desired manner.
- the modulation circuit is a multiplier.
- the control signal indicates the percentage value of the lamp current from the nominal current. This percentage value is multiplied by the value of the nominal current contained in the memory.
- the modulation circuit should be designed so that in the event that the control signal from Switched on state of an on / off switch is derived, the content of the memory circuit passes unchanged as a reference signal. This ensures that an on / off switch can be used instead of a control circuit which delivers a continuously or step-wise variable control signal in order to be able to operate the fluorescent lamp without dimming only at full lamp power.
- the ballast 10 in FIG. 1 has a power supply circuit 11 which is operated with a mains voltage and supplies a DC voltage at its output.
- One pole of the DC voltage is connected to two parallel circuit branches via an electronic switch 12, which is shown as a mechanical switch for reasons of clarity, and a coil 13.
- One circuit branch contains the electronic switches T 1 and T 3 , between which the one electrode 14 1 of the fluorescent lamp 14 is connected.
- the other circuit branch contains the series connection of the transistors T 2 and T 4 , between which the second electrode 14 2 of the fluorescent lamp 14 is connected.
- the switches T 1 to T 4 are controlled by the logic control unit 15, which can be a microprocessor, for example.
- the second end of the interconnected circuit branches is connected to the second pole of the DC voltage via a current sensor 16.
- the switches T 1 to T 4 are in the conductive state or that a current can otherwise flow via the bridge circuit formed by the circuit branches and the lamp 14. Then, when the switch 12 becomes conductive, a current flows through the coil 13 and the bridge circuit. This current builds up slowly due to the inductance of the coil 12, and the increase can be assumed to be linear.
- the output of the current sensor 16 is connected to the B input of a comparator 17 with hysteresis, the output signal of which controls the switch 12.
- the A input of the comparator 17 receives a reference voltage U ref °. When the output signal of the current sensor 16 becomes equal to the value of the reference voltage, the switch 12 interrupts the current flow to the coil 13. The coil 13 tries to maintain this current.
- the current continues to flow via a diode 21.
- the switch 12 becomes conductive again through the control signal of the comparator 17. In this way, a current is generated in the bridge circuit T 1 to T4, the value of which is determined by the reference voltage U ref .
- the output signal of the current sensor 16 is fed to the control unit 15 as an input variable.
- the control unit 15 also receives further signals from various sensors (not shown), for example from Tem temperature sensors, timers or the like. In order to control the operation of the fluorescent lamp 14 depending on the ambient conditions and the circuit states and to control all switches T 1 to T 4 in such a way that inadmissible operating conditions occur that the lamp is then switched off.
- FIG. 2 shows a dimmer circuit with two ballasts 10a and 10b, each of which corresponds in structure to the ballast 10 in FIG.
- Each ballast 10a is assigned a memory circuit 18 which contains a value stored which corresponds to the nominal current of the fluorescent lamp 14 in question.
- the memory circuit 18 can consist, for example, of a resistor arrangement, the resistors of which can be connected to an output line by pluggable current bridges, or of a digital read-only memory, the content of which can be changed manually.
- each memory circuit 18 is connected to the A input of a modulation circuit, which in the present case consists of a multiplier 19.
- the control signal of a common control circuit 20 is fed to the B input of the multiplier 19.
- the control circuit 20 supplies the same control signal to all multipliers 19. It consists e.g. from a device with which the control signal can be changed between 0 and 130%.
- the control circuit 20 forms the dimmer actuator for all connected ballasts.
- each multiplier 19 supplies the reference voltage U ref ' which is fed to the A input of the comparator 17 of the ballast 10a or 10b becomes.
- the multiplier 19 is a digital multiplier.
- the output signal of the multiplier must be converted with a digital / analog converter in order to generate the reference voltage U ref .
- a particular advantage of the dimmer circuit is that the shape of the mains input current of the individual ballasts is not adversely affected, so that disturbances to other consumers due to mains harmonics are avoided.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Dimmerschaltung für mindestens ein elektronisches Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät, das eine Stromversorgungsschaltung, die zwei parallele Schaltungszweige speist, von denen jeder über eine Elektrode der Leuchtstofflampe führt und zwei in Reihe liegende elektronische Schalter enthält und ein Steuerwerk zum Steuern der elektronischen Schalter aufweist.
- Ein bekanntes Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät (DE-OS 29 42 468) weist vier elektronische Schalter auf, die nach Art einer Brückenschaltung geschaltet sind, in deren Querzweig die Leuchtstofflampe liegt. Die elektronischen Schalter werden von einem logischen Steuerwerk geschaltet. Zum Zünden der Gasentladung werden zwei diagonal einander gegenüberliegende Schalter gesperrt, so daß ein Strom, der durch die Entladung einer Induktivität unterstützt wird, durch die Leuchtstofflampe fließt. Die Schalter werden anschließend mit einer hochfrequenten Wechselspannung von über lOkHz getaktet, wodurch die Leuchtstofflampe mit der genannten Frequenz periodisch umgepolt wird. In einem der Schaltungszweige ist ein Stromfühler vorgesehen, der jedoch nur dazu dient, das Zünden der Leuchtstofflampe festzustellen und nach einer bestimmten Zahl vergeblicher Zündversuche das Steuerwerk abzuschalten. Der Strom durch die Leuchtstofflampe hängt von verschiedenen Parametern ab, beispielsweise vom Lampenwiderstand. Für unterschiedliche Lampenleistungen sind unterschiedliche Vorschaltgeräte erforderlich. Eine Einrichtung zum Dimmen ist bei dem bekannten Vorschaltgerät nicht vorgesehen.
- Wenn mehrere Leuchtstofflampen mit jeweils einem eigenen Vorschaltgerät an einen gemeinsamen Netzschalter angeschlossen sind, um gemeinsam eingeschaltet und ausgeschaltet zu werden, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, anstelle des Netzschalters eine Phasenanschnittsteuerschaltung zu verwenden, um die Leuchtstofflampen zu dimmen, d.h. mit Teillast zu betreiben, um eine geringere Lampenhelligkeit zu erzeugen. Hierbei wird die Größe der Spannung, die den Vorschaltgeräten zugeführt wird, durch die Phasenanschnittsteuerschaltung verändert. Wird eine solche Steuerschaltung für zahlreiche Leuchten benutzt, dann muß sie für eine hohe Leistung ausgelegt sein. Solche Phasenanschnittsteuerschaltungen sind großvolumig und teuer. Sie sind lediglich imstande, die dem Vorschaltgerät zugeführte Spannung in einem Bereich von 0 bis 100% zu verändern, können aber nicht über 100% hinausgehen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dimmerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine leistungslose bzw. leistungsarme Steuerung des Vorschaltgerätes durchführt und daher imstande ist, beliebig viele Vorschaltgeräte gemeinsam zu steuern.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der der Leuchtstofflampe zugeführte Strom in Abhängigkeit von einem Referenzsignal veränderbar ist, daß dem Vorschaltgerät ein Speicher zugeordnet ist, in dem eine Angabe über die Nennbelastung der Leuchtstofflampe gespeichert ist und daß das Referenzsignal von einer Modulationsschaltung erzeugt wird, die das von der Speicherschaltung gelieferte Signal mit einem externen Steuersignal kombiniert.
- Bei der erfindungsgemäßen Dimmerschaltung wird der Strom, den das Vorschaltgerät an die Leuchtstofflampe liefert, von einem Referenzsignal individuell für das betreffende Vorschaltgerät erzeugt. Das Referenzsignal wird aus zwei verschiedenen Größen gebildet, nämlich einerseits aus dem Inhalt des Speichers des Vorschaltgerätes und andererseits von dem externen Steuersignal. Das externe Steuersignal kann mehreren Vorschaltgeräten gemeinsam zugeführt werden, wobei jedes Vorschaltgerät dann unter Berücksichtigung des Inhalts seines Speichers ein eigenes Referenzsignal erzeugt, welches den Lampenstrom bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, zahlreiche Vorschaltgeräte, an die Lampen mit unterschiedlichen Nennleistungen angeschlossen sind, durch ein gemeinsames Steuersignal zu steuern, so daß alle Lampen gemeinsam gedimmt werden können. Die Leuchtstofflampen werden dann alle mit demselben prozentualen Anteil ihres Nennstromes betrieben.
- Die erfindungsgemäße Dimmerschaltung ermöglicht es auch, Leuchtstofflampen mit einem Strom zu betreiben, der größer ist als der Nennstrom. Dies ist dadurch möglich, daß das Steuersignal einen Wert annehmen kann, der größer ist als derjenige Wert, der "100% Lampenleistung" entspricht. Leuchtstofflampen können kurzfristig mit einem Strom betrieben werden, der z.B. 130% des Nennstromes entspricht, ohne Schaden zu nehmen. Wenn vorübergehend eine große Helligkeit benötigt wird, kann diese durch entsprechende Veränderung des Steuersignals erzielt werden.
- Das Steuersignal und/oder der Inhalt des Speichers können in digitaler Form oder als analoge Spannungen vorliegen. In Abhängigkeit von der Art dieser Signale ist die Modulationsschaltung entweder als digitaler oder analoger Modulator ausgeführt. Das Steuersignal wird normalerweise durch manuelle Betätigung eines Stellgliedes oder einer anderen Eingabeeinrichtung verändert, um die Lampenhelligkeit in der gewünschten Weise einzustellen. Es besteht auch die Möglichkeit, das Steuersignal von einer Steuer- oder Regelschaltung zu erzeugen, beispielsweise in Abhängigkeit von der gemessenen Beleuchtungsstärke, so daß bei variierendem Tageslicht stets eine konstante Helligkeit erzeugt wird.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Modulationsschaltung ein Multiplizierer. Hierbei gibt das Steuersignal den prozentualen Wert des Lampenstromes vom Nennstrom an. Dieser prozentuale Wert wird mit dem im Speicher enthaltenen Wert des Nennstromes multipliziert.
- Die Modulationsschaltung sollte derart ausgebildet sein, daß sie in dem Fall, daß das Steuersignal vom Einschaltzustand eines Ein/Aus-Schalters abgeleitet ist, den Inhalt der Speicherschaltung unverändert als Referenzsignal weitergibt. Damit wird erreicht, daß anstelle einer Steuerschaltung, die ein kontinuierlich oder stufenweise veränderbares Steuersignal liefert, auch ein Ein/Aus-Schalter benutzt werden kann, um die Leuchtstofflampe ohne Dimmung nur mit voller Lampenleistung betreiben zu können.
- Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine Leuchtstofflampe und
- Fig. 2 ein Blockschaltbild der Dimmerschaltung zur gleichzeitigen Steuerung mehrerer Vorschaltgeräte.
- Das Vorschaltgerät 10 der Figur 1 weist eine Stromversorgungsschaltung 11 auf, die mit Netzspannung betrieben wird und an ihrem Ausgang eine Gleichspannung liefert. Der eine Pol der Gleichspannung ist über einen elektronischen Schalter 12, der aus Gründen der Übersichtlichkeit als mechanischer Schalter dargestellt ist, und eine Spule 13 mit zwei parallelen Schaltungszweigen verbunden. Der eine Schaltungszweig enthält die elektronischen Schalter T1 und T3, zwischen die die eine Elektrode 141 der Leuchtstofflampe 14 geschaltet ist. Der andere Schaltungszweig enthält die Reihenschaltung der Transistoren T2 und T4, zwischen die die zweite Elektrode 142 der Leuchtstofflampe 14 geschaltet ist.
- Die Schalter T1 bis T4 werden von dem logischen Steuerwerk 15 gesteuert, bei dem es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor handeln kann. Das zweite Ende der miteinander verbundenen Schaltungszweige ist über einen Stromfühler 16 mit dem zweiten Pol der Gleichspannung verbunden.
- Es sei angenommen, daß die Schalter Tl bis T4 im leitenden Zustand sind oder daß auf andere Weise über die von den Schaltungszweigen und der Lampe 14 gebildete Brückenschaltung ein Strom fließen kann. Wenn dann der Schalter 12 leitend wird, fließt ein Strom durch die Spule 13 und die Brückenschaltung. Dieser Strom baut sich infolge der Induktivität der Spule 12 langsam auf, wobei der Anstieg als linear angenommen werden kann. Der Ausgang des Stromfühlers 16 ist mit dem B-Eingang eines Komparators 17 mit Hysterese verbunden, dessen Ausgangssignal den Schalter 12 steuert. Der A-Eingang des Komparators 17 empfängt eine Referenzspannung Uref° Wenn das Ausgangssignal des Stromfühlers 16 gleich dem Wert der Referenzspannung wird, unterbricht der Schalter 12 den Stromfluß zur Spule 13. Die Spule 13 versucht, diesen Strom aber aufrechtzuerhalten. Der Strom fließt weiter über eine Diode 21. Wenn das Ausgangssignal des Stromfühlers 16 um einen bestimmten Differenzbetrag unter die Referenzspannung Uref abgesunken ist, wird der Schalter 12 durch das Steuersignal des Komparators 17 wieder leitend. Auf diese Weise wird in der Brückenschaltung T1 bis T4 ein Strom erzeugt, dessen Wert durch die Referenzspannung Uref bestimmt wird.
- Das Ausgangssignal des Stromfühlers 16 wird dem Steuerwerk 15 als Eingangsgröße zugeführt. Das Steuerwerk 15 empfängt noch weitere Signale von verschiedenen (nicht dargestellten) Sensoren, beispielsweise von Temperaturfühlern, Zeitgliedern o.dgl., um den Betrieb der Leuchtstofflampe 14 in Abhängigkeit von den Umgebungsverhältnissen und von den Schaltungszuständen zu steuern und um bei Auftreten unzulässiger Betriebsbedingungen alle Schalter Tl bis T4 derart zu steuern, daß dann die Lampe abgeschaltet wird.
- In Figur 2 ist eine Dimmerschaltung mit zwei Vorschaltgeräten 10a und 10b dargestellt, von denen jedes im Aufbau dem Vorschaltgerät 10 der Figur 1 entspricht. Jedem Vorschaltgerät 10a ist eine Speicherschaltung 18 zugeordnet, die einen Wert gespeichert enthält, der dem Nennstrom der betreffenden Leuchtstofflampe 14 entspricht. Die Speicherschaltung 18 kann beispielsweise aus einer Widerstandsanordnung bestehen, deren Widerstände durch steckbare Strombrücken an eine Ausgangsleitung anschließbar sind oder aus einem digitalen Festwertspeicher, dessen Inhalt manuell verändert werden kann.
- Der Ausgang einer jeden Speicherschaltung 18 ist mit dem A-Eingang einer Modulationsschaltung verbunden, die im vorliegenden Fall aus einem Multiplizierer 19 besteht. Dem B-Eingang des Multiplizierers 19 wird das Steuersignal einer gemeinsamen Steuerschaltung 20 zugeführt. Die Steuerschaltung 20 liefert an alle Multiplizierer 19 das gleiche Steuersignal. Sie besteht z.B. aus einer Einrichtung, mit der das Steuersignal zwischen 0 und 130% verändert werden kann. Die Steuerschaltung 20 bildet das Dimmer-Stellglied für sämtliche angeschlossenen Vorschaltgeräte.
- Der Ausgang eines jeden Multiplizierers 19 liefert die Referenzspannung Uref' die dem A-Eingang des Komparators 17 des Vorschaltgerätes 10a bzw. 10b zugeführt wird.
- Wenn das Ausgangssignal der Steuerschaltung 20 "100%" beträgt, werden die den A-Eingängen der Multiplizierer 19 zugeführten Speicherinhalte mit dem Faktor "1" multipliziert, so daß die betreffenden Werte unverändert in die zugehörigen Vorschaltgeräte eingegeben werden.
- Wenn die Speicherschaltungen 18 und die Steuerschaltung 20 digitale Werte liefern, ist der Multiplizierer 19 ein digitaler Multiplizierer. In diesem Fall muß das Ausgangssignal des Multiplizierers mit einem Digital/ Analog-Wandler umgewandelt werden, um die Referenzspannung Uref zu erzeugen.
- Ein besonderer Vorteil der Dimmerschaltung besteht darin, daß die Form des Netzeingangsstromes der einzelnen Vorschaltgeräte nicht negativ beeinflußt wird, so daß Störungen anderer Verbraucher durch Netzoberschwingungen vermieden werden.
- Im Falle digitaler Daten in den Speicherschaltungen 18 und der Steuerschaltung 20 besteht zur Einsparung von Leitungen die Möglichkeit, diese Daten seriell an die Multiplizierer 19 zu übertragen. In diesem Fall sind Schieberegister o.dgl. vorgesehen, um die seriellen Daten in parallele Daten umzuwandeln.
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