EP0412130A1 - Ansteuerung für gasentladungslampen - Google Patents

Ansteuerung für gasentladungslampen

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Publication number
EP0412130A1
EP0412130A1 EP89912388A EP89912388A EP0412130A1 EP 0412130 A1 EP0412130 A1 EP 0412130A1 EP 89912388 A EP89912388 A EP 89912388A EP 89912388 A EP89912388 A EP 89912388A EP 0412130 A1 EP0412130 A1 EP 0412130A1
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EP
European Patent Office
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temperature
lamp
coil
current
compensation element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89912388A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Müessli
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Skyline Holding AG
Original Assignee
Skyline Holding AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/2825—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage
    • H05B41/2827—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage using specially adapted components in the load circuit, e.g. feed-back transformers, piezoelectric transformers; using specially adapted load circuit configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/56—One or more circuit elements structurally associated with the lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/391—Controlling the intensity of light continuously using saturable magnetic devices

Definitions

  • the present invention relates to a control for gas discharge lamps according to the preamble of claim 1.
  • the luminous efficiency for a given lamp current is influenced by the temperature of the lamp and the electronics accommodated in the case of compact fluorescent lamps in the screw base. If the ambient temperature deviates from the intended nominal temperature value, for example in the case of outdoor lighting downwards and in the case of indoor lighting upwards, this leads to a reduction in the luminous efficiency and the luminous flux decreases. Since the heat dissipation in compact fluorescent lamps is limited by the small design, a maximum lamp current must be selected taking into account the worst case condition, which is below the maximum load capacity of the compact fluorescent lamp.
  • the present invention has for its object to provide a control for gas discharge lamps, in particular compact fluorescent lamps with ballast integrated in the lamp base, which largely eliminates the aforementioned disadvantages and, depending on the temperature, emits a variable lamp current in such a way that maximum luminous efficiency is ensured over a wide temperature range.
  • the aim is to ensure that the luminous efficacy of the gas discharge lamp is at least approximately constant even when the temperature fluctuates. According to the invention, this is solved by a control as defined in claim 1.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a control according to the invention together with the gas discharge lamp controlled thereby
  • Fig. 2 shows an advantageous diagram for the electronic circuit of a ballast with a downstream
  • Fig. 3 shows the detail of an advantageous
  • Temperature compensator element as used in the circuit according to FIG. 2, in partial section, at low temperature
  • FIG. 4 shows the temperature compensation element according to FIG. 3 at elevated temperature
  • Fig. 6 shows the lamp base of FIG. 5 in partial section.
  • FIG. 1 shows the control for a gas discharge lamp 1 in the form of a block diagram. It comprises an electronic circuit 2, as is used in electronic ballasts and which is essentially an HF generator which is followed by a temperature compensation element 3. As is usual with gas discharge lamps, a capacitor 4 is connected in parallel with the fluorescent tube in order to start the gas discharge.
  • 2 illustrates an advantageous embodiment variant of the electronic circuit 2, in which the mains voltage, for example 220 volts + 10%, 50-60 Hz, is present at the terminals 5 and 6.
  • a fuse Si ensures that if a fault occurs in the electronic circuit 2, in particular if a short circuit occurs, no damage from high currents can occur.
  • Diodes D1, D2, D3 and D4 as well as a first and second capacitor Cl and C2 act as rectifiers, with the positive output of which a choke DR and a third capacitor C3 are connected as a smoothing element.
  • a start-up circuit consisting of a first resistor R1, a fourth capacitor C4 as well as a fifth diode D5 and a diac DIA ensure that when the mains voltage is switched on at terminals 5 and 6 the
  • High-frequency resonant circuit consisting of a first winding TR1A of a current transformer with a downstream base resistor R2, a first transistor T1 and an emitter resistor R3 on one side and a second winding TR1B of the current transformer with a downstream base resistor R4, a second transistor T2 with an emitter resistor R5 on the other Side is set in vibration.
  • the high-frequency resonant circuit is connected downstream via a fifth capacitor C5 and a third winding TRIC of the current transformer, the temperature compensation element 3, here in the form of a voltage limiting inductor L with temperature-controlled induction, being interposed and connected in parallel over the gas discharge tube, or respectively. between the electrodes 7 and 8, the capacitor 4 is arranged.
  • FIGS. 3 and 4 An advantageous embodiment of the current-limiting inductor L, which has a temperature-dependent induction (impedance), which acts as a temperature compensation element 3 is evident from FIGS. 3 and 4.
  • this is a coil 9, in the center of which a core, advantageously a ferrite core 10, is slidably arranged. The latter is acted upon on one side, in the axis of the coil 9, by a spring 11, which on the other side counteracts a temperature-sensitive spring, advantageously a bimetallic spring 12, in such a way that the ferrite core 10 more or less depends on the ambient temperature Coil 9 is retracted.
  • the setting of the forces of the two springs 11 and 12 is advantageously carried out such that the current limiting inductor L has a predetermined impedance at a predetermined nominal temperature, which corresponds to the calculated value that the current limiting inductor L must have in order for the gas discharge lamp 1 to receive exactly the current, in which it achieves its maximum luminous efficiency under these operating conditions.
  • the ferrite core 10 is moved further out of the coil 9 by the spring 11, which leads to the impedance of the current limiting inductor L decreasing in such a way that the lamp current is increased.
  • the temperature-related loss in luminous efficacy of the gas discharge lamp 1 is accordingly compensated for by an increased lamp current.
  • the ferrite core 10 is moved further into the coil 9 by the force of the bimetallic spring 12, such that the induction of the current limiting inductor L is increased. This lowers the lamp current. This counteracts an increase in the luminous efficiency of the gas discharge lamp 1 due to the excessive temperature.
  • the coil 9 with its ferrite core 10 and the two springs 11 and 12 are accommodated in a housing 13. As can be seen from FIGS.
  • the housing 13 can advantageously consist of a lamp holder into which the two ends of the gas discharge lamp 1 with their electrodes 7 and 8 are inserted and in the lower part of which the coil 9 with the ferrite core 10 and the springs 11 and 12 is embedded.
  • This arrangement is particularly advantageous because, as a result, the temperature compensation element 3 sits exactly at the point at which the. largest temperature differences between cold and warm gas discharge lamp 1 occur. As a result, it can act very spontaneously on the lamp current without long warm-up or cool-down phases, such that practically no lighting differences between the cold and warm surroundings can be determined for the human eye.
  • Compact fluorescent lamps not only brings the physiological advantage that this enables temperature-independent lighting, but also leads to the fact that the gas discharge lamps are operated optimally regardless of the temperature.
  • the temperature compensation element 3 does not necessarily have to be accommodated in the lamp base, but can also be placed at another temperature-sensitive point.
  • a temperature-dependent element can be used, for example, which is arranged in the electronic circuit 2 accordingly Frequency of the high-frequency resonant circuit affects, which in turn has the desired effects on the lamp current.
  • control according to the invention can be equipped with an electronic circuit 2 which differs from the circuit described. Furthermore, it is not absolutely necessary to physically separate the electronic circuit 2 from the temperature compensation element 3, as the drawing suggests. It is also obvious that the current limiting choke L need not be constructed in the manner shown and described in order to deliver the desired result. All of these structural and circuit changes in the control according to the invention are well within the range of what a person skilled in the art can, based on the invention, do without his own inventive step. It is therefore not necessary to go into this here.

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Description

AI-STEUERUNG FUER GASENTLADUNGSLAMPEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerung für Gasentladungslampen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Gasentladungslampen, gemeinhin als Leuchtstoffröhren bekannt, und insbesondere bei Kompaktleuchtstofflampen, wie sie heute mit standardisierten Schraubfassungen als Stromsparlampen angeboten werden, ist die Lichtausbeute bei vorgegebenem Lampenstrom von der Temperatur der Lampe und der, bei Kompaktleuchtsto flampen im Schraubsockel untergebrachten Elektronik beeinflusst. Weicht die Umgebungstemperatur, beispielsweise bei Aussenbeleuchtungen nach unten und bei Innenbeleuchtungen nach oben vom vorgesehenen Nenntemperaturwert ab, so führt dies zu einer Reduktion der Lichtausbeute und der Lichtstrom abnimmt. Da bei Kompaktleuchtstofflampen die Wärmeableitung durch die kleine Bauform begrenzt ist, muss unter Berücksichtigung der Worst- case-Bedingung ein maximaler Lampenstrom gewählt werden, der unter der maximalen Belastbarkeit der Kompaktleuchtstofflampe liegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerung für Gasentladungslampen, insbesondere Kompaktleuchtstofflampen mit im Lampensockel integriertem Vorschaltgerät zu schaffen, die die vorerwähnten Nachteile möglichst weitgehend eliminiert und temperaturabhängig einen variablen Lampenstrom derart abgibt, dass eine maximale Lichtausbeute über einen grossen Temperaturbereich gewährleistet wird. Zudem soll erreicht werden, dass die Lichtausbeute der Gasentladungslampe auch bei Temperaturschwankungen zumindest annähernd konstant ist. Erfindungsgemäss wird dies durch eine Ansteuerung gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.
Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsvarianteen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In letzterer zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Ansteuerung mitsamt der damit angesteuerten Gasentladungslamp ,
Fig. 2 ein vorteilhaftes Schema für die Elektronikschaltung eines Vorschaltgerätes mit nachgeschaltetem
Temper turkompensationselement und Kompaktleuchtstofflampe,
Fig. 3 das Detail eines vorteilhaften
Temperaturkompensatorelementes, wie es in der Schaltung nach Fig. 2 Verwendung findet, in teilweisem Schnitt, bei niedriger Temperatur,
Fig. 4 das Temperaturkompensationselement nach Fig.3 bei erhöhter Temperatur,
Fig. 5 das Temperaturkompensationselement nach den Fig. 3 und 4 in einem Lampensockel eingebaut, von oben, und
Fig. 6 den Lampensockel nach Fig. 5 im teilweisen Schnitt.
Die Fig. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Ansteuerung für eine Gasentladungslampe 1. Sie umfasst eine Elektronikschaltung 2, wie sie in elektronischen Vorschaltgeräten verwendet wird und bei der es sich im wesentlichen um einen HF-Generator handelt, dem ein Temperaturkompensationselement 3 nachgeschaltet ist. Wie bei Gasentladungslampen üblich, ist zwecks Starten der Gasentladung ein Kondensator 4 parallel zu der Leuchtstoffröhre geschaltet. Fig. 2 illustriert eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Elektronikschaltung 2, bei der an den Klemmen 5 und 6 die Netzspannung, beispielsweise 220 Volt +10%, 50-60 Hz, anliegt. Eine Sicherung Si sorgt dafür, dass bei Auftreten einer Störung in der Elektronikschaltung 2, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses, kein Schaden durch hohe Ströme entstehen kann. Dioden Dl, D2, D3 und D4 sowie ein erster und zweiter Kondensator Cl und C2 wirken als Gleichrichter, mit dessen positivem Ausgang eine Drossel DR und ein dritter Kondensator C3 als Glättungsglied verbunden sind. Eine Anschwingschaltung, bestehend aus einem ersten Widerstand Rl, einem vierten Kondensator C4 sowie einer fünften Diode D5 und einem Diac DIA sorgen dafür, dass beim Einschalten der Netzspannung an den Klemmen 5 und 6 der
Hochfrequenzschwingkreis, bestehend aus einer ersten Wicklung TR1A eines Stromübertragers mit nachgeschaltetem Basiswiderstand R2, einem ersten Transistor Tl sowie einem Emitterwiderstand R3 auf der einen Seite und einer zweiten Wicklung TR1B des .Stromübertragers mit nachgeschaltetem Basiswiderstand R4, einem zweiten Transistor T2 mit Emitterwiderstand R5 auf der anderen Seite in Schwingung gesetzt wird. Zwei weitere Dioden D6 und D7 sowie ein RC- Glied, bestehend aus einem sechsten Widerstand R6 und einem sechsten Kondensator C6, dienen der Stabilisierung der Frequenz des Hochfrequenzschwingkreises. Die Gasentladungslampe 1, hier in Form einer
Kompaktleuchtstofflampe, ist dem Hochfrequenzschwingkreis über einen fünften Kondensator C5 und eine dritte Wicklung TRIC des Stromübertragers nachgeschaltet, wobei noch das Temperaturkompensationselement 3, hier in Form einer Spannungsbegrenzungsdrossel L mit temperaturgesteuerter Induktion, dazwischengeschaltet und parallel über der Gasentladungsröhre, resp. zwischen deren Elektroden 7 und 8, der Kondensator 4 angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der eine temperaturabhängige Induktion (Impedanz) aufweisenden Strombegrenzungsdrossel L, die als Temperaturkompensationselement 3 wirkt, geht aus den Fig. 3 und 4 hervor. Wie ersichtlich, handelt es sich dabei um eine Spule 9, in deren Zentrum ein Kern, vorteilhafterweise ein Ferritkern 10, verschiebbar angeordnet ist. Letzterer ist auf einer Seite, in der Achse der Spule 9, durch eine Feder 11 beaufschlagt, der auf der anderen Seite eine temperaturempfindliche Feder, vorteilhafterweise eine Bimetallfeder 12, entgegenwirkt, derart, dass der Ferritkern 10 in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur mehr oder weniger in die Spule 9 eingefahren wird. Die Einstellung der Kräfte der beiden Federn 11 und 12 erfolgt dabei vorteilhafterweise so, dass die Strombegrenzungsdrossel L bei einer vorgegebenen Nenntemperatur eine vorgegebene Impedanz aufweist, die dem errechneten Wert entspricht, den die Strombegrenzungsdrossel L aufweisen muss, damit die Gasentladungslampe 1 genau den Strom erhält, bei dem sie unter diesen Betriebsbedingungen ihre maximale Lichtausbeute erzielt.'
Wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als die Nenntemperatur wird der Ferritkern 10 durch die Feder 11 weiter aus der Spule 9 herausgefahren, was dazu führt, dass sich die Impedanz der Strombegrenzungsdrossel L erniedrigt, derart, dass der Lampenstrom erhöht wird. Der temperaturbedingte Verlust an Lichtausbeute der Gasentladungslampe 1 wird demnach durch einen erhöhten Lampenstrom kompensiert.
Wenn die Umgebungstemperatur demgegenüber höher liegt als die Nenntemperatur, wird der Ferritkern 10 durch die Kraft der Bimetallfeder 12 weiter in die Spule 9 eingefahren, derart, dass die Induktion der Strombegrenzungsdrossel L erhöht wird. Der Lampenstrom wird dadurch erniedrigt. Damit wird einer Ueberhöhung der Lichtausbeute der Gasentladungslampe 1 aufgrund überhöhter Temperatur entgegengewirkt. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind die Spule 9 mit ihrem Ferritkern 10 und die beiden Federn 11 und 12 in einem Gehäuse 13 untergebracht. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, kann das Gehäuse 13 vorteilhafterweise aus einer Lampenfassung bestehen, in die die beiden Enden der Gasentladungslampe 1 mit ihren Elektroden 7 und 8 eingesetzt sind und in deren unterem Teil die Spule 9 mit dem Ferritkern 10 und den Federn 11 und 12 eingebettet ist. Diese Anordnung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil dadurch das Temperaturkompensationselement 3 genau an der Stelle sitzt, an der die. grössten Temperaturunterschiede zwischen kalter und warmer Gasentladungslampe 1 auftreten. Es kann dadurch ohne lange Aufwärm- oder Abkühlphasen sehr spontan auf den Lampenstrom einwirken, derart, dass für das menschliche Auge praktisch keine Beleuchtungsunterschiede zwischen kalter und warmer Umgebung mehr festgestellt werden können.
Der Fachmann erkennt, dass die erfindungsgemässe Ansteuerung für Gasentladungslampen, insbesondere
Kompaktleuchtstofflampen, nicht nur den physiologischen Vorteil bringt, dass damit eine temperaturunabhängige Beleuchtung ermöglicht wird, sondern auch dazu führt, dass die Gasentladungslampen temperaturunabhängig optimaler betrieben werden.
Es ist selbstverständlich, dass die erfindungsgemässe Ansteuerung nicht auf die .Anwendung bei
Kompaktleuchtstofflampen begrenzt ist, sondern vorteilhaft bei praktisch jeder Art von Gasentladungslampen zum Einsatz kommen kann. Das Temperaturkompensationselement 3 braucht dabei nicht zwangsläufig im Lampensockel untergebracht zu werden, sondern kann auch an anderer temperatursensibler Stelle plaziert werden.
Der Fachmann erkennt, dass anstelle der temperaturgeregelten Strombegrenzungsdrössel L beispielsweise ein temperaturabhängiges Element verwendet werden kann, das, in der Elektronikschaltung 2 entsprechend angeordnet, die Frequenz des Hochfrequenzschwingkreises beeinflusst, was wiederum die gewünschten Auswirkungen auf den Lampenstrom hat.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemässe Ansteuerung mit einer Elektronikschaltung 2 bestückt sein, die von der beschriebenen Schaltung abweicht. Ferner ist es nicht unbedingt notwendig, die Elektronikschaltung 2 körperlich vom Temperaturkompensationselement 3 zu trennen, wie es die Zeichnung nahelegt. Es ist auch naheliegend, dass die Strombegrenzngsdrossel L nicht in der dargestellten und beschriebenen Art konstruiert werden muss, um das gewünschte Ergebnis zu liefern. All diese konstruktiven und schaltungstechnischen Veränderungen an der erfindungsgemassen Ansteuerung liegen durchaus im Bereich dessen, was ein Fachmann, von der Erfindung ausgehend, ohne eigene erfinderische Tätigkeit realisieren kann. Es braucht daher hier nicht näher darauf eingegangen zu werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ansteuerung für Gasentladungslampen (1), enthaltend eine Elektronikschaltung (2) mit Gleichrichter und Filterstufe (Cl, C2, C3, Dl, D2, D3, D4, DR), Anschwingschaltung (Rl, C4, D5, DIA) und Hochfrequenzschwingkreis (R2 - R6, Tl, T2, D5, D6, C6, TR1A, TR1B) sowie Entkopplungskondensator (C5) und eine dritte Wicklung (TRIC) eines Stromübertragers als Vorschaltgerät und parallel über die Gasentladungslampe (1) gelegt einen Kondensator (4), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Temperaturkompensationselement (3) umfasst, das in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur den Lampenstrom steuert.
2. Ansteuerung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturkompensationselement (3) als
Strombegrenzungsdrossel (L) mit temperaturabhängiger Induktion ausgelegt ist.
3. Ansteuerung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsdrossel (L) eine Spule (9) enthält, in deren Zentrum entlang der Spulenachse ein Kern (10) verschiebbar angeordnet ist, der auf der einen Seite durch eine Feder (11) und auf der anderen Seite durch eine Bimetallfeder (12) beaufschlagt ist, derart, dass seine Eindringtiefe in die Spule (9) temperaturabhängig ist.
4. Ansteuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3 für Kompaktleuchtstofflampen, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturkompensationselement (3) im Lampensockel (13) untergebracht ist.
EP89912388A 1988-11-24 1989-11-24 Ansteuerung für gasentladungslampen Withdrawn EP0412130A1 (de)

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