EP1269801B1 - Verfahren und vorschaltgerät für einen dimmbetrieb einer mit einer leuchtstofflampe versehenen leuchte - Google Patents

Verfahren und vorschaltgerät für einen dimmbetrieb einer mit einer leuchtstofflampe versehenen leuchte Download PDF

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EP1269801B1
EP1269801B1 EP01931371A EP01931371A EP1269801B1 EP 1269801 B1 EP1269801 B1 EP 1269801B1 EP 01931371 A EP01931371 A EP 01931371A EP 01931371 A EP01931371 A EP 01931371A EP 1269801 B1 EP1269801 B1 EP 1269801B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
lamp
dimming
heating
fluorescent lamp
Prior art date
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Application number
EP01931371A
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English (en)
French (fr)
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EP1269801A1 (de
Inventor
Ralf Keggenhoff
Ferdinand Mertens
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Trilux GmbH and Co KG
Original Assignee
Trilux Lenze GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1269801B1 publication Critical patent/EP1269801B1/de
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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
    • H05B41/36—Controlling
    • 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
    • H05B41/285—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2858—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a method and a ballast for a dimming operation of a provided with a fluorescent lamp Luminaire, wherein the ballast certain lamp types, preferably with a lamp voltage measuring method, automatically recognizes and adjusts those operating data that currently Lamp type located in the luminaire via operating data register assigned.
  • a problem represents the so-called roll discharge or banding (English: striation) of a fluorescent lamp. This appears when the delivered high-frequency lamp current in the discharge body the fluorescent lamp different charge densities caused. In the discharge body are formed successive Zones of varying charge density on the Surface of the discharge body in the form of different colored stripes or rings are visible. The light emission The fluorescent lamp is uneven and can change. This is perceived by users as disturbing.
  • a roller discharge occurs in many lamp types then increasingly on when the operating data of the supplied high-frequency Remove supply energy from those nominal operating data, the recommended by the lamp manufacturer for the lamp type used become.
  • the lamp current to be set can be so be low, that the electrode temperature reached with the emission temperature of the electrode emitter material decreases, at which the electrode still release enough electrons can.
  • the fluorescent lamp radiates in this operating state the light also very uneven.
  • WO 00/07415 is a electric ballast to operate with different Discharge lamps by the identification of the lamp type described during the steady state of the lamp.
  • the lamp type detection is based on setting several Lamp currents and measuring the associated lamp voltages, wherein the detected current / voltage points with a plurality of stored in a read only memory of the microprocessor V-I characteristics be compared. Once the lamp is identified is, the microprocessor sets the lamp current to one the dimming level specified by the user.
  • the American US 5,701,059 relates to an electrical ballast, in which a parallel impedance to the lamp is arranged for Provide a path for the diversion of a sufficient large alternating current.
  • the invention is based on the object, a method and a To provide ballast with which a plurality of specific automatically recognizable lamp types under optimized conditions can be operated and dimmed.
  • the manufacturer recommended rated operating data for roll unloading the object is achieved by a method for dimming one with a Fluorescent lamp provided with a ballast, this is an operating data register and control electronics having an interface for a dimming signal, certain lamp types, preferably with a lamp voltage measuring method, automatically detected and then those Operating data are set, the recognized lamp type associated with operating data registers, each electrode the fluorescent lamp is supplied with a lamp current, which consists of an alternating current component and a direct current component and for each recognizable lamp type one DC component each stored in the operating data register is and the control electronics for dimming a Fluorescent lamp assigned by operating data register DC component or to any recognizable lamp type either for different dimming a stepped row of DC components or for a dimming range a dimming dependent DC characteristic for the DC component is stored in the operating data register and the control electronics for dimming a fluorescent lamp DC component sets, the operating data register in Dependent on lamp type and dimm
  • variable adaptation of the DC component can be a roller discharge safely prevented for this category of lamp types become.
  • the method is particularly suitable if no very low luminous efficiencies must be adjustable, and none There is a risk that due to a low lamp current the Below the emission temperature of the electrode emitter material becomes.
  • lamp types with low tendency to roll discharge operated and up to a very low light emission can be dimmed, then it is recommended a Take action with the electrode temperature also at low lamp current on the emission temperature of the electrode emitter material can be held.
  • a method of dimming one with a fluorescent lamp provided with a ballast which has an operating data register and a control electronics with an interface for a dimming signal, with certain lamp types, preferably with a lamp voltage measuring method, automatically recognized and then sets the operating data which are the recognized lamp type by operating data register associated with each electrode of the fluorescent lamp Heating current and a lamp current are fed, which is too summing up a total flow, and being identifiable to each Lamp type either for different dimming a stepped Range of heating currents or for a dimming range dimming-dependent Schustromkennline in the operating data register is stored and the control electronics for dimming a fluorescent lamp sets a heating current, the operating data register depending on lamp type and dimming signal assigned.
  • the method steps of claim 1 are So the method steps of claim 3 added after which each electrode of the fluorescent lamp supplied a heating current becomes, with the lamp current to a total current summed with each recognizable lamp type for either different Dimming a stepped series of heating currents or for a dimming range, a dimming-dependent heating current characteristic is stored in the operating data register and the control electronics for dimming a fluorescent lamp Heater current sets, the operating data register in dependence is assigned by lamp type and dimming signal.
  • the heating current is adjusted so that the total current remains constant.
  • control electronics has a measuring device for the lamp current, a current comparator and a controllable Schustrom provoke, wherein the current comparator a current difference between one via an electrode of the fluorescent lamp flowing total current and the measured lamp current forms and the current difference of the heating current source as a control variable for is supplied to the heating current to be set.
  • a ballast for dimming a lamp provided with a fluorescent lamp Luminaire with an operating data register, an electronic control unit with an interface for a dimming signal, a Lamp voltage measuring device, with which the usable Lamp types are automatically recognizable, and an adjustable DC circuit with the one DC component of the lamp current is changeable proposed.
  • the dimming signal for example, the voltage range 1 to 10 volts used.
  • the setting of the dimming signal is over an external dimmer regulated.
  • the adjustable DC circuit simply has one Diode on, in the flow direction in rows, a first resistor and a first switch are connected downstream and parallel to these a second resistor and a second switch are connected in series.
  • resistors and switches can have four different levels for the DC component of the lamp current.
  • the switch positions of the two switches are varied. A first DC level results when both Switches are open. A second, when switch one closed and switch two is open. A third, if Switch one open and switch two closed. And a fourth, when both switches are closed.
  • the adjustable DC circuit may be a diode have, in the flow direction an adjustable current source is downstream.
  • the adjustable DC circuit has a diode in the flow direction in rows a field effect transistor and a resistor are downstream.
  • ballast proposed with the addition of a DC circuit a heating current circuit is provided.
  • the Control electronics of the ballast is then with a Measuring device for the lamp current, a current comparator and a Schustrom provoke provided.
  • the current comparator is a current difference between the via an electrode of the Fluorescent lamp flowing total current and that of the measuring device measured lamp current formed. This electricity difference Then the Schustrom provoke is used as a control variable for the Heating current supplied.
  • the measuring device for the lamp current a Induction loop has. Simply wraps around the Induction loop the electrode leads.
  • the current comparator has an operational amplifier on, at its n-input the lamp current and on whose p-input the total current is applied, the current difference between the total current and the lamp current the output signal of the operational amplifier, that of the heating current circuit is supplied.
  • the invention is based on parts of the electronic Circuits of a ballast shown schematically.
  • FIGS. 1 to 3 principal current distributions are present different embodiments of a ballast and a fluorescent lamp L to be operated.
  • Fig. 1 is a part of a ballast for a category of lamp types that are prone to roll discharge.
  • the lamp current I L is supplied via a DC circuit GS, a DC component I DC , with a roller discharge is reliably prevented.
  • the fluorescent lamp L is supplied to an alternating current component I AC .
  • Fig. 2 is a part of a ballast for a category of lamp types which are not prone to roll discharge.
  • the alternating current I AD is the superposition of the pure AC component I AC (not listed here) and the DC component I DC .
  • Each of the DC circuits of Figures 5 to 8 has an impedance P connected in parallel to the fluorescent lamp L.
  • the latter has in each case a diode D and an adjusting device V connected downstream of the diode D, with which the DC component I DC is adjustable in steps or continuously.
  • Fig. 5 is a DC circuit GS
  • the adjusting device V has two parallel branches Z1 and Z2, wherein in the flow direction of the diode D in the branch 21, a resistor R1 and a switch S1 are connected downstream and in the branch Z2, a resistor R2 are connected downstream of a resistor R1 different resistance value and a switch S2.
  • four different levels for the DC component I DC of the lamp current I L can be set.
  • the switch positions of the two switches S1 and S2 are varied. A first DC level results when both switches S1 and S2 are open.
  • a second when switch S1 is closed and switch S2 is open.
  • a fourth when both switches S1 and S2 are closed.
  • the DC circuit GS shown in FIG. 6 differs from FIG. 5 only by the adjusting device V.
  • this diode D is an adjustable current source downstream of S, over which the DC component I DC can be adjusted continuously.
  • the adjusting device V of the DC circuit GS shown in FIG. 7 has, as an alternative, a field-effect transistor Q which effects an adjustment of the DC component I DC of the lamp current I L via a control voltage U E applied to it.
  • the field effect transistor Q is connected downstream of a resistor R in series.
  • a further alternative is the adjustment of the DC circuit GS of FIG. 8, in which a bipolar transistor B is used, which also causes an adjustment of the DC component I DC of the lamp current I L via a control voltage U E applied to it.
  • the bipolar transistor B a resistor R connected in series.
  • a heating current circuit HS is shown in Fig. 9, which forms part of the control electronics of the ballast.
  • This has a measuring device M for the lamp current I L.
  • the measuring device M is provided with an induction loop IS, which wraps around the electrode leads.
  • the control electronics on a current comparator K and a controllable Schustromquelle HT on. With the current comparator K, a current difference between the current flowing through the electrode E1 of the fluorescent lamp L total current I G and measured by the measuring device M lamp current I L is formed. This current difference is then supplied to the heating current source HT as a controlled variable for the heating current I H to be set.
  • the current comparator K has an operational amplifier OP, at whose n input the lamp current I L and at the p input of the total current I G is applied, wherein the current difference between the total current I G and the lamp current I L, the output signal A of the operational amplifier OP forms, which is supplied to the heating current source HT as a controlled variable.
  • Fig. 10 shows a detail of an alternative construction a ballast with a DC power supply and a Walkerstromzu arrangement for operation of both lamp types, the a roller discharge tend as well as lamp types that are not tend to roll unload.
  • It is a common control circuit ST provided for the heating and DC control, with a periodic opening and closing of an electronic Switch element T, for example, a field effect transistor, is controlled.
  • the switch element T is parallel connected to the fluorescent lamp L and each with a feeder the two electrodes of the fluorescent lamp L connected.
  • FIG. 11 shows how, with the control circuit ST, the switch-on duration and the switch-off duration of the switch element T are implemented as width-modulated pulse signals.
  • the switch-off duration of the switch element T during a positive half-cycle and the switch-off duration of the switch element T during a negative half cycle of the current supplied by the inverter preferably have the same pulse widths t 1 and t 3 . In this way, the electrodes are heated uniformly during a positive half cycle and a negative half wave of the inverter current.
  • the pulse width t 2 for the switched-on state of the switch element T during a positive half-cycle preferably differs from the pulse width t 4 for the switched-on state during a negative half-cycle of the inverter current.
  • the size and the sign of the DC component is controlled. If the pulse width t 2 is less than the pulse width t 4 , the DC component shifts the inverter current to negative. If the pulse width t 4 is less than the pulse width t 2 , the DC component shifts the inverter current into positive.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vorschaltgerät für einen Dimmbetrieb einer mit einer Leuchtstofflampe versehenen Leuchte, wobei das Vorschaltgerät bestimmte Lampentypen, vorzugsweise mit einem Lampenspannungsmeßverfahren, automatisch erkennt und diejenigen Betriebsdaten einstellt, die dem momentan in der leuchte befindlichen Lampentyp per Betriebsdatenregister zugeordnet sind.
Aus der WO 97/24017 ist ein elektronisches Vorschaltgerät bekannt, mit dem eine oder mehrere Leuchtstofflampen eines Lampentyps betrieben und gedimmt werden können.
Generell können je nach Grad der Dimmung einer Leuchtstofflampe im wesentlichen zwei technische Probleme auftreten. Ein Problem stellt die sogenannte Rollentladung oder Streifenbildung (engl.: striation) einer Leuchtstofflampe dar. Diese erscheint dann, wenn der gelieferte hochfrequente Lampenstrom in dem Entladungskörper der Leuchtstofflampe unterschiedliche Ladungsdichten verursacht. In dem Entladungskörper bilden sich aufeinanderfolgende Zonen mit wechselnder Ladungsdichte, die auf der Oberfläche des Entladungskörpers in Form von unterschiedlich gefärbten Streifen oder Ringen sichtbar sind. Die Lichtabstrahlung der Leuchtstofflampe ist ungleichmäßig und kann wechseln. Dies wird von Benutzern als störend empfunden.
Eine Rollentladung tritt bei vielen Lampentypen dann zunehmend auf, wenn sich die Betriebsdaten der zugeführten hochfrequenten Versorgungsenergie von denjenigen Nennbetriebsdaten entfernen, die von dem Lampenhersteller für den verwendeten Lampentyp empfohlenen werden. Es muß jedoch auch erwähnt werden, dass es Kategorien von Lampentypen gibt, die kaum zu Rollentladung neigen, und andere, die bei bestimmten Betriebsdaten selbst bei den empfohlenen Nennbetriebsdaten zu einer Rollentladung neigen.
Ein weiteres Problem besteht dann, wenn eine besonders geringe Lichtabstrahlung und hierfür ein entsprechend geringer Lampenstrom einzustellen ist. Der einzustellende Lampenstrom kann so gering sein, dass die damit erreichte Elektrodentemperatur unter die Emissionstemperatur des Elektrodenemittermaterials sinkt, bei der die Elektrode noch ausreichend Elektronen freisetzen kann. Die Leuchtstofflampe strahlt in diesem Betriebszustand das Licht ebenfalls sehr ungleichmäßig ab.
In der internationalen Patentanmeldung WO 00/07415 ist ein elektrisches Vorschaltgerät zum Betreiben mit verschiedenen Entladungslampen durch die Identifikation des Lampentyps während des eingeschwungenen Zustands der Lampe beschrieben. Die Lampentyperkennung beruht auf dem Einstellen mehrerer Lampenströme und dem Messen der zugeordneten Lampenspannungen, wobei die erfassten Strom/Spannungspunkte mit einer Vielzahl von in einem Festwertspeicher des Mikroprozessors abgelegten V-I-Kennlinien verglichen werden. Sobald die Lampe identifiziert ist, stellt der Mikroprozessor den Lampenstrom auf einen durch den Anwender festgelegten Dimmpegel ein. Das amerikanische Patent US 5,701,059 betrifft ein elektrisches Vorschaltgerät, bei welchem eine Parallelimpedanz zur Lampe angeordnet ist zum Bereitstellen eines Pfades für die Umleitung eines genügend großen Wechselstroms. Mittels der Parallelimpedanz wird ein geringer Gleichstrom durch die Lampe erzeugt, welcher die Streifenbildung verhindert. Ferner ist in der internationalen Patentanmeldung WO 99/43188 eine Schaltungsanordnung für Niederdruckentladungslampen beschrieben, bei welchem automatisch der Lampentyp erfasst und der Entladungsstrom sowie der Heizstrom auf die dem Lampentyp zugeordnete Werte eingestellt wird. Dabei ist die Lampenspannung unabhängig vom Lampenstrom einstellbar, wobei der Heizstrom bei der Erniedrigung des Entladungsstroms erhöht wird, um auch beim Dimmen eine optimale Filamenttemperatur bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Vorschaltgerät zu schaffen, mit dem eine Mehrzahl bestimmter automatisch erkennbarer Lampentypen unter optimierten Bedingungen betrieben und gedimmt werden können.
Für das geschilderte technische Problem werden mehrere Lösungen vorgeschlagen. welche Lösung zu bevorzugen ist hängt davon ab, welche Kategorie beziehungsweise welche Kategorien von Lampentypen mit dem Verfahren beziehungsweise dem Vorschaltgerät betrieben und gedimmt werden sollen.
Für den Fall, dass solche Lampentypen von Leuchtstofflampen betrieben und gedimmt werden sollen, die bei den herstellerseits empfohlenen Nennbetriebsdaten zur Rollentladung neigen, wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Dimmen einer mit einer Leuchtstofflampe versehenen Leuchte mit einem Vorschaltgerät, das ein Betriebsdatenregister und eine Steuerungselektronik mit einer Schnittstelle für ein Dimmsignal aufweist, wobei bestimmte Lampentypen, vorzugsweise mit einem Lampenspannungsmeßverfahren, automatisch erkannt und danach diejenigen Betriebsdaten einstellt werden, die dem erkannten Lampentyp per Betriebsdatenregister zugeordnet sind, wobei jeder Elektrode der Leuchtstofflampe ein Lampenstrom zugeleitet wird, der sich aus einem Wechselstromanteil und einem Gleichstromanteil zusammensetzt, und wobei für jeden erkennbaren Lampentyp je ein Gleichstromanteil in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe den per Betriebsdatenregister zuordneten Gleichstromanteil einstellt oder zu jedem erkennbaren Lampentyp entweder für unterschiedliche Dimmstellungen eine gestufte Reihe von Gleichstromanteilen oder für einen Dimmbereich eine dimmungsabhängige Gleichstromkennlinie für den Gleichstromanteil in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe einen Gleichstromanteil einstellt, der per Betriebsdatenregister in Abhängigkeit von Lampentyp und Dimmsignal zugeordnet ist. Durch die variable Anpassung des Gleichstromanteils kann eine Rollentladung für diese Kategorie von Lampentypen sicher verhindert werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere dann, wenn keine sehr geringen Lichtausbeuten einstellbar sein müssen, und keine Gefahr besteht, dass durch einen zu geringen Lampenstrom die Emissionstemperatur des Elektrodenemittermaterials unterschritten wird.
Sollen andererseits Lampentypen mit geringer Neigung zur Rollentladung betrieben und bis zu einer sehr geringen Lichtabstrahlung gedimmt werden können, dann empfiehlt es sich eine Maßnahme zu ergreifen, mit der die Elektrodentemperatur auch bei geringem Lampenstrom auf der Emissionstemperatur des Elektrodenemittermaterials gehalten werden kann. Dies wird erreicht mit einem Verfahren zum Dimmen einer mit einer Leuchtstofflampe versehenen Leuchte mit einem Vorschaltgerät, das ein Betriebsdatenregister und eine Steuerungselektronik mit einer Schnittstelle für ein Dimmsignal aufweist, wobei bestimmte Lampentypen, vorzugsweise mit einem Lampenspannugsmeßverfahren, automatisch erkannt und danach diejenigen Betriebsdaten einstellt werden, die dem erkannten Lampentyp per Betriebsdatenregister zugeordnet sind, wobei jeder Elektrode der Leuchtstofflampe ein Heizstrom und ein Lampenstrom zugeleitet werden, die sich zu einem Gesamtstrom summieren, und wobei zu jedem erkennbaren Lampentyp entweder für unterschiedliche Dimmstellungen eine gestufte Reihe von Heizströmen oder für einen Dimmbereich eine dimmungsabhängige Heizstromkennlinie in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe einen Heizstrom einstellt, der per Betriebsdatenregister in Abhängigkeit von Lampentyp und Dimmsignal zugeordnet ist.
Handelt es sich bei den zu dimmenden Lampentypen sowohl um solche, die kaum zu Rollentladung neigen als auch um solche, die bei den empfohlenen Nennbetriebsdaten zu einer erheblichen Rollentladung neigen, dann wird das zugrundeliegende technische Problem mit einem Verfahren gelöst, das von dem Verfahren gemäß Anspruch 1 Gebrauch macht, womit durch eine anteilige Gleichstromzuführung eine Rollentladung der Leuchtstofflampe verhindern wird, und zusätzlich gemäß Anspruch 3 ein per Betriebsdatenregister zugeordneter Heizstrom eingestellt wird, der bei heruntergedimmtem Lampenstrom das Unterschreiten der Emissionstemperatur des Elektrodenemittermaterials der Leuchtstofflampe verhindert. Zu den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 werden also die Verfahrensschritte des Anspruchs 3 hinzugenommen, nach denen jeder Elektrode der Leuchtstofflampe ein Heizstrom zugeleitet wird, der sich mit dem Lampenstrom zu einem Gesamtstrom summiert, wobei zu jedem erkennbaren Lampentyp entweder für unterschiedliche Dimmstellungen eine gestufte Reihe von Heizströmen oder für einen Dimmbereich eine dimmungsabhängige Heizstromkennlinie in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe einen Heizstrom einstellt, der per Betriebsdatenregister in Abhängigkeit von Lampentyp und Dimmsignal zugeordnet ist.
Bei einer Änderung des Lampenstroms durch Dimmung der Leuchtstofflampe wird der Heizstrom derart angepaßt, dass der Gesamtstrom konstant bleibt.
Günstigerweise wird als konstanter Gesamtstrom der Lampennennstrom des Lampentyps der erkannten Leuchtstofflampe vorgegeben, weil damit die Belastung der Lampe den empfohlenen Nennbetriebsdaten am nächsten kommt und ein guter Kompromiß zwischen Lebensdauer und Lichtausbeute zu erwarten ist.
Zweckmäßig weist die Steuerungselektronik eine Meßeinrichtung für den Lampenstrom, einen Stromkomparator sowie eine regelbare Heizstromquelle auf, wobei der Stromkomparator eine Stromdifferenz zwischen einem über eine Elektrode der Leuchtstofflampe fließenden Gesamtstrom und dem gemessenen Lampenstrom bildet und die Stromdifferenz der Heizstromquelle als Regelgröße für den einzustellenden Heizstrom zugeführt wird.
Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 wird ein Vorschaltgerät zum Dimmen einer mit einer Leuchtstofflampe versehenen Leuchte mit einem Betriebsdatenregister, einer Steuerungselektronik mit einer Schnittstelle für ein Dimmsignal, einer Lampenspannungsmeßeinrichtung, mit der die verwendbaren Lampentypen automatisch erkennbar sind, und einer einstellbaren Gleichstromschaltung mit der ein Gleichstromanteil des Lampenstroms veränderbar ist, vorgeschlagen. Für die Schnittstelle des Dimmsignals wird beispielsweise der Spannungsbereich 1 bis 10 Volt verwendet. Die Einstellung des Dimmsignals wird über einen externen Dimmer geregelt.
Einfacherweise weist die einstellbare Gleichstromschaltung eine Diode auf, der in Durchflußrichtung reihenförmig ein erster Widerstand und ein erster Schalter nachgeschaltet sind und parallel zu diesen ein zweiter widerstand und ein zweiter Schalter reihenförmig nachgeschaltet sind. Mit dieser Anordnung von Widerständen und Schaltern können vier unterschiedliche Niveaus für den Gleichstromanteil des Lampenstroms eingestellt werden. Hierfür werden die Schalterstellungen der beiden Schalter variiert. Ein erstes Gleichstromniveau ergibt sich, wenn beide Schalter geöffnet sind. Ein zweites, wenn Schalter eins geschlossen und Schalter zwei geöffnet ist. Ein drittes, wenn Schalter eins geöffnet und Schalter zwei geschlossen ist. Und ein viertes, wenn beide Schalter geschlossen sind.
Alternativ kann die einstellbare Gleichstromschaltung eine Diode aufweisen, der in Durchflußrichtung eine einstellbare Stromquelle nachgeschaltet ist.
Eine weitere Alternative sieht vor, dass die einstellbare Gleichstromschaltung eine Diode aufweist, der in Durchflußrichtung reihenförmig ein Feldeffekttransistor und ein widerstand nachgeschaltet sind.
Bei einer anderen Alternative deren einstellbare Gleichstromschaltung eine Diode aufweist, sind in Durchflußrichtung der Diode reihenförmig ein Bipolartransistor und ein Widerstand nachgeschaltet.
Handelt es sich bei den zu dimmenden Lampentypen sowohl um solche, die nicht zu Rollentladung neigen als auch um solche, die zu einer erheblichen Rollentladung neigen, wird ein Vorschaltgerät vorgeschlagen, mit dem zusätzlich zu einer Gleichstromschaltung eine Heizstromschaltung vorgesehen ist. Die Steuerungselektronik des Vorschaltgeräts ist dann mit einer Meßeinrichtung für den Lampenstrom, einem Stromkomparator und einer Heizstromquelle versehen. Mit dem Stromkomparator wird eine Stromdifferenz zwischen dem über eine Elektrode der Leuchtstofflampe fließenden Gesamtstrom und dem von der Meßeinrichtung gemessenen Lampenstrom gebildet. Diese Stromdifferenz wird dann der Heizstromquelle als Regelgröße für den einzustellenden Heizstrom zugeführt.
Günstig ist es, wenn die Meßeinrichtung für den Lampenstrom eine Induktionsschleife aufweist. Einfacherweise umschlingt die Induktionsschleife die Elektrodenzuführungen.
Der Einfachheit halber weist der Stromkomparator einen Operationsverstärker auf, an dessen n-Eingang der Lampenstrom und an dessen p-Eingang der Gesamtstrom angelegt ist, wobei die Stromdifferenz zwischen dem Gesamtstrom und dem Lampenstrom das Ausgangssignal des Operationsverstärkers bildet, das der Heizstromschaltung zugeführt ist.
Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung dargestellt und anhand der einzelnen Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
die Stromverteilung bei einem Vorschaltgerät mit einer Gleichstromzuführung zum Betrieb von Lampentypen, die zu einer Rollentladung neigen,
Fig. 2
die Stromverteilung bei einem Vorschaltgerät mit einer Heizstromzuführung zum Betrieb von Lampentypen, die nicht zu einer Rollentladung neigen,
Fig. 3
die Stromverteilung für ein Vorschaltgerät mit einer Gleichstromzuführung und einer Heizstromzuführung zum Betrieb sowohl von Lampentypen, die zu einer Rollentladung neigen als auch von Lampentypen, die nicht zu einer Rollentladung neigen,
Fig. 4
eine hochfrequenter Wechselstrom , dem ein Gleichstrom überlagert ist,
Fig. 5
eine variable Gleichstromschaltung zur Anpassung des Gleichstromanteils des Lampenstroms an den Lampentyp und ggf. an die Einstellung eines Dimmers,
Fig. 6
eine alternative Gleichstromschaltung,
Fig. 7
eine alternative Gleichstromschaltung,
Fig. 8
eine alternative Gleichstromschaltung,
Fig. 9
eine Heizstromschaltung zur Anpassung des Heizstroms,
Fig.10
eine alternative Ausführungsform eines Vorschaltgeräts mit einer Heizstromzuführung zum Betrieb von Lampentypen, die nicht zu einer Rollentladung neigen,
Fig.11
die Realisierung der Einschaltdauer und Ausschaltdauer eines Schalterelements T als breitenmodulierte Impulssignale.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Teilen der elektronischen Schaltungen eines Vorschaltgeräts schematisch dargestellt.
In den Figuren 1 bis 3 sind prinzipielle Stromverteilungen zwischen unterschiedlichen Ausführungsformen eines Vorschaltgeräts und einer zu betreibenden Leuchtstofflampe L dargestellt.
Fig. 1 ist ein Teil eines Vorschaltgeräts für eine Kategorie von Lampentypen, die zu einer Rollentladung neigen. Zur Verhinderung der Rollentladung wird dem Lampenstrom IL über eine Gleichstromschaltung GS ein Gleichstromanteil IDC zugeführt, mit dem eine Rollentladung sicher verhindert wird. Außerdem wird der Leuchtstofflampe L einen Wechselstromanteil IAC zugeführt. Es ergibt sich ein Gesamtstrom IG=IAC+IDC.
Fig. 2 ist ein Teil eines Vorschaltgeräts für eine Kategorie von Lampentypen, die nicht zur Rollentladung neigen. Für diese ist eine Gleichstromschaltung verzichtbar. Damit die Leuchtstofflampen L bis auf eine geringe Lichtabstrahlung heruntergedimmt werden können, ist aber eine Heizstromschaltung HS vorgesehen, mit der die Elektrodentemperatur auch bei geringem Lampenstrom IL auf der Emissionstemperatur des Elektrodenemittermaterials gehalten werden kann, bei der noch ausreichend Emittermaterial freigesetzt wird. Es ergibt sich ein Gesamtstrom IG=IH+IL.
Fig. 3 ist ein Teil eines Vorschaltgeräts für Lampentypen, die zur Rollentladung neigen und gleichzeitig für solche, die nicht zur Rollentladung neigen. Daher ist sowohl eine Gleichstromschaltung GS als auch eine Heizstromschaltung HS vorgesehen. Die Gleichstromschaltung GS und die Heizstromschaltung HS sind parallelgeschaltet. Es gelten die Gleichung IG=IH+IL und die Gleichung IG=IAC+IDC+IH.
Fig. 4 ist ein Koordinatensystem in dem der zeitliche verlauf eines hochfrequenten Wechselstroms IAD und eines Gleichstromanteils IDC eingetragen sind. Der Wechselstrom IAD ist die Überlagerung des reinen Wechselstromanteils IAC (hier nicht eingetragen) und des Gleichstromanteils IDC.
Anhand der Fig. 4 wird die Funktion der alternativen Gleichstromschaltungen verständlich, die in den Figuren 5 bis 8 dargestellt sind. Jede der Gleichstromschaltungen der Figuren 5 bis 8 weist eine zur Leuchtstofflampe L parallelgeschaltete Impedanz P auf. Letztere weist jeweils eine Diode D und eine der Diode D nachgeschaltete Verstelleinrichtung V auf, mit der der Gleichstromanteil IDC in Stufen oder stufenlos verstellbar ist.
Während einer negativen Halbwelle des wechselstroms IAC fließt dieser ausschließlich durch die Leuchtstofflampe L, weil die Diode D der parallel geschalteten Impedanz P in dieser Stromrichtung sperrt. Während einer positiven Halbwelle wird ein Teil des Wechselstroms IAC über die Impedanz P abgezweigt. Der Anteil des über die Impedanz P abgezweigten Gleichstromanteils IDC hängt von der Einstellung der Verstelleinrichtung V ab.
In Fig. 5 handelt es sich um eine Gleichstromschaltung GS, deren Verstelleinrichtung V zwei parallelgeschaltete Zweige Z1 und Z2 aufweist, wobei in Durchflußrichtung der Diode D in dem Zweig 21 ein widerstand R1 sowie ein Schalter S1 nachgeschaltet sind und in dem Zweig Z2 ein widerstand R2 mit einem vom Widerstands R1 verschiedenen Widerstandswert sowie ein Schalter S2 nachgeschaltet sind. Mit dieser Konstruktion können vier unterschiedliche Niveaus für den Gleichstromanteil IDC des Lampenstroms IL eingestellt werden. Dazu werden die Schalterstellungen der beiden Schalter S1 und S2 variiert. Ein erstes Gleichstromniveau ergibt sich, wenn beide Schalter S1 und S2 geöffnet sind. Ein zweites, wenn Schalter S1 geschlossen und Schalter S2 geöffnet ist. Ein drittes, wenn Schalter S1 geöffnet und Schalter S2 geschlossen ist. Und ein viertes, wenn beide Schalter S1 und S2 geschlossen sind.
Die Gleichstromschaltung GS gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von Fig. 5 nur durch die Verstelleinrichtung V. Bei dieser ist der Diode D eine einstellbare Stromquelle S nachgeschaltet, über die der Gleichstromanteils IDC stufenlos eingestellt werden kann.
Die Verstelleinrichtung V der Gleichstromschaltung GS gemäß Fig. 7 weist als Alternative einen Feldeffekttransistor Q auf, der über eine an ihn angelegte Steuerspannung UE eine Verstellung des Gleichstromanteils IDC des Lampenstroms IL bewirkt. Außerdem ist dem Feldeffekttransistor Q einen widerstand R in Reihe nachgeschaltet.
Eine weitere Alternative ist die Verstelleinrichtung der Gleichstromschaltung GS gemäß Fig. 8, bei der ein Bipolartransistor B zum Einsatz kommt, der ebenfalls über eine an ihn angelegte Steuerspannung UE eine Verstellung des Gleichstromanteils IDC des Lampenstroms IL bewirkt. Außerdem ist dem Bipolartransistor B ein Widerstand R in Reihe nachgeschaltet.
Schließlich ist in Fig. 9 eine Ausführungsform einer Heizstromschaltung HS dargestellt, die einen Teil der Steuerungselektronik des Vorschaltgeräts bildet. Diese weist eine Meßeinrichtung M für den Lampenstrom IL auf. Die Meßeinrichtung M ist mit einer Induktionsschleife IS versehen, die die Elektrodenzuführungen umschlingt. Außerdem weist die Steuerungselektronik einen Stromkomparator K sowie eine regelbare Heizstromquelle HT auf. Mit dem Stromkomparator K wird eine Stromdifferenz zwischen dem über die Elektrode E1 der Leuchtstofflampe L fließenden Gesamtstrom IG und dem von der Meßeinrichtung M gemessenen Lampenstrom IL gebildet. Diese Stromdifferenz wird dann der Heizstromquelle HT als Regelgröße für den einzustellenden Heizstrom IH zugeführt. Der Stromkomparator K weist einen Operationsverstärker OP auf, an dessen n-Eingang der Lampenstrom IL und an dessen p-Eingang der Gesamtstrom IG angelegt ist, wobei die Stromdifferenz zwischen dem Gesamtstrom IG und dem Lampenstrom IL das Ausgangssignal A des Operationsverstärkers OP bildet, das der Heizstromquelle HT als Regelgröße zugeführt wird.
Fig. 10 zeigt ausschnittsweise eine alternative Konstruktion eines Vorschaltgeräts mit einer Gleichstromzuführung und einer Heizstromzuführung zum Betrieb sowohl von Lampentypen, die zu einer Rollentladung neigen als auch von Lampentypen, die nicht zu einer Rollentladung neigen. Es ist eine gemeinsame Steuerschaltung ST für die Heiz- und Gleichstromsteuerung vorgesehen, mit der ein periodisches Öffnen und Schließen eines elektronischen Schalterelements T, beispielsweise eines Feldeffekttransistors, gesteuert wird. Das Schalterelement T ist parallel zur Leuchtstofflampe L geschaltet und mit je einer zuführung der beiden Elektroden der Leuchtstofflampe L verbunden.
Zum einen werden mit der Steuerschaltung ST zwecks Dimmen der Leuchtstofflampe L die Amplitude und/oder die Frequenz eines Wechselrichters (nicht dargestellt) des Vorschaltgeräts variiert. Zum anderen erfolgt eine Heizstromeinstellung durch periodisches Ein- und Ausschalten des Schalterelements T mit einer Frequenz, die der doppelten Frequenz des Wechselrichters entspricht oder größer ist als diese.
Fig. 11 stellt dar, wie mit der Steuerschaltung ST die Einschaltdauer und die Ausschaltdauer des Schalterelements T als breitenmodulierte Impulssignale realisiert werden. Die Ausschaltdauer des Schalterelements T während einer positiven Halbwelle und die Ausschaltdauer des Schalterelements T während einer negativen Halbwelle des vom Wechselrichter zugeführten Stroms weisen vorzugsweise gleiche Pulsbreiten t1 und t3 auf. Auf diese Weise werden die Elektroden während einer positiven Halbwelle und einer negativen Halbwelle des Wechselrichterstroms gleichmäßig geheizt.
Die Pulsbreite t2 für den eingeschalteten Zustand des Schalterelements T während einer positiven Halbwelle unterscheidet sich vorzugsweise aber von der Pulsbreite t4 für den eingeschalteten Zustand während einer negativen Halbwelle des Wechselrichterstroms. Über die Pulsbreiten t2 und t4 wird die Größe und das vorzeichen des Gleichstromanteils gesteuert. Wenn die Pulsbreite t2 geringer ist als die Pulsbreite t4, verschiebt der Gleichstromanteil den Wechselrichterstrom ins Negative. Ist die Pulsbreite t4 geringer als die Pulsbreite t2, verschiebt der Gleichstromanteil den Wechselrichterstrom ins Positive.
Bezugszeichenliste
A
Ausgangssignal
B
Bipolartransistor
C
Kondensator
D
Diode
E1
Elektrode
GS
Gleichstromschaltung
HS
Heizstromschaltung
HT
Heizstromquelle
IAC
Wechselstromanteil
IAD
überlagerter Wechselstrom
IDC
Gleichstromanteil
IG
Gesamtstrom
IH
Heizstrom
IL
Lampenstrom
IS
Induktionsschleife
K
Stromkomparator
L
Leuchtstofflampe
M
Meßeinrichtung
OP
Operationsverstärker
P
Impedanz
Q
Feldefekttransistor
R
Widerstand
R1
Widerstand
R2
Widerstand
S
Stromquelle
S1
Schalter
S2
Schalter
ST
Steuerschaltung
T
Schalterelement
t1
Pulsbreite
t2
Pulsbreite
t3
Pulsbreite
t4
Pulsbreite
UE
Steuerspannung
V
Verstelleinrichtung
Z1
Zweig
Z2
Zweig

Claims (11)

  1. Verfahren zum Dimmen einer mit einer Leuchtstofflampe (L) versehenen Leuchte mit einem Vorschaltgerät, das ein Betriebsdatenregister und eine Steuerungselektronik mit einer Schnittstelle für ein Dimmsignal aufweist, wobei bestimmte Lampentypen, vorzugsweise mit einem Lampenspannungsmessverfahren, automatisch erkannt und danach diejenigen Betriebsdaten eingestellt werden, die dem erkannten Lampentyp per Betriebsdatenregister zugeordnet sind, wobei jeder Elektrode der Leuchtstofflampe (L) ein Heizstrom (IH) und ein Lampenstrom (IL) zugeleitet werden, die sich zu einem Gesamtstrom (IG) summieren, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem erkennbaren Lampentyp entweder für unterschiedliche Dimmstellungen eine gestufte Reihe von Heizströmen (IH) oder für einen Dimmbereich eine dimmungsabhängige Heizstromkennlinie in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe (L) einen Heizstrom (IH) einstellt, der per Betriebsdatenregister in Abhängigkeit von Lampentyp und Dimmsignal zugeordnet ist, und bei einer Änderung des Lampenstroms (IL) durch Dimmung der Leuchtstofflampe (L) der Heizstrom (IH)derart angepasst wird, dass der Gesamtstrom (IG) konstant bleibt.
  2. Verfahren zum Dimmen einer mit einer Leuchtstofflampe (L) versehenen Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lampenstrom (IL) aus einem Wechselstromanteil (IAC) und einem Gleichstromanteil (IDC) zusammensetzt, und wobei für jeden erkennbaren Lampentyp je ein Gleichstromanteil(IDC)in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe (L) den per Betriebsdatenregister zugeordneten Gleichstromanteil (IDC) einstellt oder zu jedem Lampentyp entweder für unterschiedliche Dimmstellungen eine gestufte Reihe von Gleichstromanteilen (IDC) oder für einen Dimmbereich eine dimmungsabhängige Gleichstromkennlinie für den Gleichstromanteil (IDC) in dem Betriebsdatenregister gespeichert ist und die Steuerungselektronik zur Dimmung einer Leuchtstofflampe (L) einen Gleichstromanteil (IDC) einstellt, der per Betriebsdatenregister in Abhängigkeit von Lampentyp und Dimmsignal zugeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als konstanter Gesamtstrom (IG) der Lampennennstrom der erkannten Leuchtstofflampe (L) vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungselektronik eine Messeinrichtung (M) für den Lampenstrom (IL), einen Stromkomparator (K) sowie eine regelbare Heizstromquelle (HT) aufweist, wobei der Stromkomparator (K) eine Stromdifferenz zwischen einem über eine Elektrode (E1) der Leuchtstofflampe (L) fließenden Gesamtstrom (IG) und dem gemessenen Lampenstrom (IL) bildet und die Stromdifferenz der Heizstromquelle (HT) als Regelgröße für den einzustellenden Heizstrom (IH) zugeführt wird.
  5. Vorschaltgerät zum Dimmen einer mit einer Leuchtstofflampe (L) versehenen Leuchte mit einem Betriebsdatenregister, einer Steuerungselektronik mit einer Schnittstelle für ein Dimmsignal, einer Lampenspannungsmesseinrichtung, mit der die verwendbaren Lampentypen automatisch erkannt werden, und einer Messeinrichtung für den Lampenstrom, einem Stromkomparator sowie einer Heizstromquelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine einstellbare Gleichstromschaltung (GS) einen Gleichstromanteil (IDC) des Lampenstroms (IL) in Abhängigkeit der Dimmung verändert, wobei der Stromkomparator eine Stromdifferenz zwischen dem über eine Elektrode der Leuchtstofflampe fließenden Gesamtstroms und dem von der Messeinrichtung gemessenen Lampenstrom erfasst und die Stromdifferenz der Heizstromquelle als Regelgröße für den einzustellenden Heizstrom zugeführt ist, und bei eine Änderung des Lampenstroms (IL) durch Dimmung der Leuchtstofflampe (L) der Heizstrom derart angepasst wird, dass der Gesamtstrom konstant bleibt.
  6. Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Gleichstromschaltung (GS) eine Diode (D) aufweist, der in Durchflußrichtung reihenförmig ein erster Widerstand (R1) und ein erster Schalter (S1) nachgeschaltet sind und parallel zu diesen ein zweiter Widerstand (R2) und ein zweiter Schalter (S2) reihenförmig nachgeschaltet sind.
  7. Vorschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Gleichstromschaltung (GS) eine Diode aufweist, der in Durchflussrichtung eine einstellbare Stromquelle (S) nachgeschaltet ist.
  8. Vorschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Gleichstromschaltung (GS) eine Diode (D) aufweist, der in Durchflussrichtung reihenförmig ein Feldeffekttransistor (Q) und ein Widerstand (R) nachgeschaltet sind.
  9. Vorschaltgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare Gleichstromschaltung (GS) eine Diode (D) aufweist, der in Durchflussrichtung reihenförmig ein Bipolartransistor (B) und ein Widerstand (R) nachgeschaltet sind.
  10. Vorschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (M) für den Lampenstrom (IL) eine Induktionsmessschleife (IS) aufweist.
  11. Vorschaltgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkomparator (K) einen Operationsverstärker (OP) aufweist, an dessen n-Eingang der Lampenstrom (IL) und an dessen p-Eingang der Gesamtstrom (IG) angelegt ist, wobei die Stromdifferenz zwischen Gesamtstrom (IG) und Lampenstrom (IL) ein Ausgangssignal (A) bildet, das der Heizstromschaltung (HS) zugeführt ist.
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