DE19629207A1 - Helligkeitssteuerung von Leuchtstoff-Kompaktlampen - Google Patents

Description

Leuchtstoff-Kompaktlampen haben die nachteilige Eigenschaft, daß sie nicht wie Glühlampen mit normalen Dimmern stetig abgedunkelt werden können.

Um die Helligkeit in Räumen trotzdem in einfacher Weise reduzieren zu können, wurden bisher Schaltungen vorgeschlagen, welche einzelne oder Gruppen von Lampen abschalten.

Um die Bedienung zu erleichtern, wurde auch im Deutschen Patent DE 40 37 948 eine Anordnung beschrieben, welche auf kurze Unterbrechungen der Stromzu­ fuhr wechselweise auf zwei bistabile Schaltzustände der Kompaktlampe umschal­ tet. Diese Anordnung wurde praktisch umgesetzt, aber befriedigt nicht, da sie nicht mit der Funktion eines kontinuierlich regelbaren Dimmers ausreichend ver­ gleichbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches in der Bedie­ nung extrem einfach ist und ohne zusätzlichen Installationsaufwand an jeder Brennstelle herkömmliche Glühlampen oder Leuchtstofflampen ersetzt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man die Steuerung der Hellig­ keit von Leuchtstoff-Kompaktlampen, die aus einem mit Leuchtstoff beschichteten Gasentladungsgefäß und einem damit fest oder lösbar verbundenen elektroni­ schen Vorschaltgerät bestehen, mit einem Logik-Schaltkreis kombiniert, der auf kurze Unterbrechung der Stromzuführung anspricht und die Steuerung der Hellig­ keit der Kompaktlampe dergestalt beeinflußt, daß drei oder mehr Helligkeitsstufen von dem Logik-Schaltkreis bei jeder Stromunterbrechung zyklisch angesteuert werden.

Eine solche Schaltung ist einfacher zu bedienen als ein Dimmer, da sie präzise Helligkeiten definiert und bereits mit 3 Stufen in den meisten Fällen ausreichend ist.

Eine zyklische Helligkeitssteuerung könnte z. B. beim ersten Einschalten immer den vollen Helligkeitswert einstellen und bei jeder kurzen Unterbrechung auf die nächst niedrigere Lumenzahl die Helligkeit reduzieren.

Von Vorteil ist es, nach jeder Unterbrechung der Stromzuführung das Gasentla­ dungsgefäß wieder mit voller Leistung zu zünden und erst nach erfolgter Zündung die Helligkeit der Kompaktlampe auf die im Zyklus vorgesehene nächste Stufe zu regeln. Diese Maßnahme garantiert eine einwandfreie Zündung, was bei gedimm­ ter Leistung nicht immer der Fall ist.

Die Reduzierung der Helligkeit kann für das Auge angenehm ausgeführt werden, Wenn die Helligkeit nach dem Zünden nicht schlagartig, sondern allmählich auf den gewünschten Wert absinkt.

Will man im Zyklus eine Helligkeitsstufe überspringen, was mit einer doppelten kurzen Unterbrechung der Stromzuführung möglich ist, so kann erfindungsgemäß eine direkte Weiterschaltung um zwei Stufen in der zyklischen Folge ohne zwi­ schenzeitliche Zündung des Gasentladungsgefäßes vorgesehen werden.

Wesentlich ist auch, daß die Reduzierung der Helligkeit bzw. des Lampenstromes durch eine Veränderung der Frequenz und/oder des Tastverhältnisses des Kon­ verters erfolgt. Die sonst bei Dimmern üblichen Phasenanschnitt- oder -abschnitt­ steuerungen wären zu aufwendig und führten zu zusätzlichen Funkstörimpulsen.

Aus Kostengründen ist es zweckmäßig, den Konverter nicht als selbstschwingen­ den Kreis, sondern in bekannter Art als fremdgesteuerte "master-slave"-Schal­ tung auszuführen, bei der der Logik-Schaltkreis nur den "master" ansteuern muß und der "slave" davon abhängig folgt.

Für den praktischen Gebrauch ist auch wesentlich, daß nach längerer Abschal­ tung ein "reset" des Logik-Schaltkreises stattfindet, so daß beim nächsten Ein­ schalten die Lampe immer mit voller Helligkeit startet.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren machen es vor allem in ihrer Kombina­ tion möglich, einen einfachen Logik-Schaltkreis mit mindestens drei stabilen Schaltzuständen, die zyklisch bei jeder Stromunterbrechung angesteuert werden, direkt im elektronischen Vorschaltgerät zu integrieren. Da bei einer "master­ slave"-Schaltung der "master" nur auf einem festen Potential angesteuert wird, sind fast alle Bauteile der Logik-Schaltung in einem Chip integrierbar. Vor allem mit einer Digitalschaltung ist eine enorme Miniaturisierung möglich.

Besonders geeignet ist für eine erfindungsgemäße Kompaktlampe die Ausfüh­ rung des Gasentladungsgefäßes in Form einer Doppelwendel, welche bessere Dimmeigenschaften aufweist als Gasentladungsgefäße, welche aus mehreren einzelnen U-förmigen Bögen mit mehreren störenden Querschnittsverengungen bestehen, die nachteilige Zündeigenschaften verursachen.

Im nachfolgenden soll der Erfindungsgedanke anhand von schematischen Bei­ spielen erläutert werden. Die Beispiele sind in keiner Art beschränkend aufzufas­ sen, aber sie sind geeignet, die Bedeutung der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zu betonen.

Fig. 1 ist ein zeitliches Funktionsdiagramm zwischen Stromfluß und Helligkeit.

Fig. 2 ist ein Beispiel weiterer Funktionen.

Fig. 3 zeigt schematisch das Zusammenwirken zwischen einem Logik-Schaltkreis und den Bauteilen einer Leuchtstoff-Kompaktlampe.

Fig. 4 zeigt den optimalen Aufbau einer erfindungsgemäßen Leuchtstoff-Kom­ paktlampe mit einem doppelt gewendelten Gasentladungsgefäß.

Anhand von Fig. 1 kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Helligkeitssteue­ rung von Leuchtstoff-Kompaktlampen einfach beschrieben werden:
Das untere Diagramm in Fig. 1 zeigt das Ein- und Ausschalten des Netzschalters (1). Im Diagramm sind diese Positionen des Netzschalters (1) mit den internatio­ nal genormten Kennzeichen dargestellt.

Im oberen Teil der Fig. 1 sind die verschiedenen Helligkeitswerte und ihre Folge dargestellt. In diesem Beispiel bedeuten

• 2 . . . höchste Helligkeit
• 3 . . . mittlere Helligkeit
• 4 . . . geringe Helligkeit.

Beim Vergleich des Einschaltdiagramms mit dem Helligkeitsdiagramm zeigt sich beim ersten Einschalten eine Verzögerung der Helligkeit gegenüber dem Ein­ schalten an der Stelle (7). Eine solche Verzögerung entsteht durch das bei Leuchtstofflampen notwendige Vorheizen der Heizwendeln, die erst eine be­ stimmte Temperatur erreicht haben sollen, bevor die Zündung der Gasentladung eingeleitet wird. Dieses "Vorheizen" kann zwar weggelassen werden, verursacht aber eine Verringerung der Lebensdauer der Lampe.

Am Punkt (5) wird z. B. von Hand der Netzschalter kurz aus- und wieder einge­ schaltet, was erfindungsgemäß eine Weiterschaltung des Logik-Schaltkreises in die nächste Helligkeitsstufe auslöst. Im Helligkeitsdiagramm ist diese mittlere Helligkeitsstufe (3) aber nicht sofort erreicht, sondern beim Wiedereinschalten an der Stelle (5) erfolgt zunächst eine Zündung bei "voller Helligkeit" und erst an­ schließend, wie am Punkt (6) dargestellt, eine Reduzierung auf den mittleren Hel­ ligkeitswert (3).

Ähnlich verhält es sich an der nächsten Unterbrechungsstelle (5), wo zwar nach dem Wiedereinschalten zyklisch die niedrige Helligkeitsstufe (4) angesteuert wird, aber erst nach einem Wiederzünden bei voller Helligkeit.

An der nächsten Unterbrechungsstelle (5) wird zyklisch wieder die volle Helligkeit (2) angesteuert und der Zyklus ist abgeschlossen.

Nach einer längeren Abschaltung (9) erfolgt nach einer festgelegten Zeit, z. B. 5 Sekunden, ein "reset", d. h. ein Zurückstellen des Logik-Schaltkreises und es erfolgt ein neues Zünden, wie am Anfang des Diagramms dargestellt, mit einer Vorheizverzögerung (7).

Fig. 2 zeigt weitere Beispiele der Ansteuerung von verschiedenen Helligkeitsstu­ fen. Im zeitlichen Ablauf ist an der Stelle (7) wieder die Verzögerung durch das Vorheizen zu erkennen, nach der erst die volle Helligkeit (2) erreicht wird. Die zweimalige kurze Unterbrechung an der Stelle (8) führt dazu, daß nach der ersten Unterbrechung die Lampe noch nicht gezündet wird, sondern erst nach der zweiten Unterbrechung an der Stelle (6) mit voller Leistung direkt die gewünschte Helligkeitsstufe (4) eingeleitet wird. Der schräge Verlauf der absteigenden Flanke an der Stelle (6) gibt die für das Auge angenehm empfundene allmähliche Redu­ zierung der Helligkeit wieder. Bei der nächsten kurzen Unterbrechung an der Stelle (5) wird wieder die volle Leistung angesteuert. Bei der Unterbrechung an der nächsten Stelle (5) erfolgt, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, die Reduzierung der Helligkeit auf die Stufe (3), aus der man, wie bei allen anderen Helligkeitswer­ ten, unmittelbar abschalten kann, um eine längere Pause (9) vorzusehen.

An den Stellen (13) ist gezeigt, daß bei sehr kurzen Unterbrechungen, wie sie bei Netzausfällen passieren können, zwar eine kurze Unterbrechung des Lichtes er­ folgt, aber daß in einem solchen Fall der Logik-Schaltkreis nicht anspricht, d. h. nicht auf eine andere Helligkeitsstufe umschaltet.

Da Netzunterbrechungen normalerweise weit unter 50 ms liegen, wird empfohlen, eine Ansprechverzögerung des Logik-Schaltkreises zwischen 20-50 ms vorzu­ sehen. Diese Ansprechverzögerung gilt selbstverständlich für alle Helligkeits­ werte.

In Fig. 3 ist das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile einer erfindungsge­ mäßen Leuchtstoff-Kompaktlampe dargestellt.

Vom Wechselstromnetz (N-N) wird über den Netzschalter (1) das Gleichstrom­ netzteil (11) mit seinen Gleichrichtern (24) mit Strom versorgt. Die wesentliche Aufgabe des Gleichstromnetzteils (11) ist es, den Konverter (10) mit Gleichstrom über die Leitungen (14) zu versorgen, der aus Gleichstrom eine hochfrequente Spannung erzeugt, wie sie für das Gasentladungsgefäß (18) benötigt wird.

Es gibt eine Unzahl von bekannten Konverterschaltungen, die entweder selbst­ schwingend oder fremdgesteuert die hochfrequente Wechselspannung herstel­ len. In Fig. 3 ist eine sog. "master-slave"-Schaltung schematisch dargestellt, die sich dadurch auszeichnet, daß nur der Mosfet (20) angesteuert werden muß und der schaltungssymmetrische Mosfet (21) jeweils in den umgekehrten Schaltzu­ stand gezwungen wird.

Die Steuerung des Mosfet (20) erfolgt über die Leitungen (22, 23) von dem Logik- Schaltkreis (12), der vor allem bei digitaler Auslegung unter Umständen von einem einzigen IC (integrated circuit) (30) aufgebaut werden kann. Der Logik- Schaltkreis (12) erhält über die Leitungen (15), die unmittelbar nach dem Netz­ kontakt (1) angeschlossen sind, die für ihn notwendigen Informationen, ob eine kurze oder längere Stromunterbrechung erfolgt.

Selbstverständlich kann die Information über die Stromunterbrechung auch an anderer Stelle, entweder im Gleichstromnetzteil (11) oder im Konverter (10), ab­ gefragt werden, soweit in diesen Teilen erkennbare Abschaltimpulse bei Betäti­ gung des Netzschalters (1) auftreten.

Am Ausgang des Konverters (10) ist schematisch der Stromlauf in einem Gasent­ ladungsgefäß (18) mit beheizten Kathoden (17) dargestellt. Während des Vorhei­ zens fließt der vom Konverter (10) gelieferte hochfrequente Strom über die Lei­ tungen (16) durch die beheizten Kathoden (17) und den Kondensator (19). Da die an den Kathoden (17) anliegende Spannung relativ hoch ist, fließt ein hoher Vor­ heizstrom. Nach der Zündung bricht die Spannung im Gasentladungsgefäß zu­ sammen und es fließt nur ein kleiner Nachheizstrom über den Kondensator (19).

Fig. 4 zeigt eine beispielsweise Ausführung einer erfindungsgemäßen Leucht­ stoff-Kompaktlampe mit Doppelwendel, die sich vor allem wegen ihrer besseren Zündeigenschaften für den Dimmbetrieb eignet, da keine Verengungen in Schweißverbindungen vorhanden sind, wie sie bei den sonst üblichen Leucht­ stofflampen dadurch entstehen, daß mehrere U-Bögen zu einem einzigen Gasentladungsgefäß zusammengeschmolzen werden.

Für die Unterbringung der elektronischen Bauteile reicht das Gehäuse (26). Wenn es nicht gelingt, alle Teile in dem Gehäuse (26) unterzubringen, ist es möglich, diese in dem zusätzlichen Volumen (28), das zwischen den Enden (29) des Gasentladungsgefäßes bzw. innerhalb der Wendel (25) liegen kann, anzu­ ordnen. Auch der Innenraum des Gewindes (27) steht notfalls zur Verfügung.

Die schematischen Erläuterungen und Beschreibungen in den Fig. 1 bis 4 bewei­ sen den großen technologischen Fortschritt einer mehrstufigen Dimmung. Für eine feinere Abstufung können nach dem gleichen Verfahren vier-, fünf- oder mehrstufige Schaltungen verwirklicht werden. In dieser Beziehung sind die Abbildungen und Beschreibungen in keiner Form begrenzend.

Nach dem neuen Verfahren ist es nicht nur möglich, einzelne Kompaktlampen auf verschiedene Helligkeitswerte einzustellen, sondern, falls mehrere Lampen parallel an einem Netzschalter liegen, auch eine Vielzahl von Lampen gleichzeitig in ihrer Helligkeit zu beeinflussen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstoff-Kompaktlampen, be­ stehend aus einem mit Leuchtstoff beschichteten Gasentladungsgefäß und einem damit fest oder lösbar verbundenen elektronischen Vorschaltgerät, welches mittels eines Konverters die für den Betrieb des Gasentladungsge­ fäßes notwendigen Hochfrequenzspannungen bereitstellt, sowie einem Logik-Schaltkreis, der auf kurze Unterbrechungen der Stromzuführung an­ spricht und die Helligkeit der Kompaktlampe beeinflußt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens drei Helligkeitsstufen vorhanden sind, die von dem Logik-Schaltkreis bei jeder Stromunterbrechung zyklisch angesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklischen Helligkeitsstufen in absteigender Lumenzahl angesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Unterbrechung der Stromzuführung des Gasentladungsgefäßes mit voller Leistung gezündet und erst nach erfolgter Zündung die Helligkeit der Kom­ paktlampe auf die im Zyklus vorgesehene nächste Stufe geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach der Zündung des Gasentladungsgefäßes die Reduzie­ rung auf die im Zyklus vorgesehene Helligkeit nicht schlagartig, sondern allmählich erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit einer doppelten kurzen Unterbrechung der Stromzufüh­ rung eine direkte Weiterschaltung um zwei Stufen in der zyklischen Folge eintritt, ohne zwischenzeitliche Zündung des Gasentladungsgefäßes.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reduzierung der Helligkeit durch eine Veränderung der Frequenz und/oder des Tastverhältnisses des Konverters erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Konverter als fremdgesteuerte "master-slave"-Schaltung aufgebaut ist und der Logik-Schaltkreis nur den "master" ansteuert.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach längerer Unterbrechung der Stromzuführung der Schaltzyklus auf volle Helligkeit "gestellt" wird.

9. Kompaktlampe zur Ausübung des Verfahrens zur Helligkeitssteuerung, be­ stehend aus einem mit Leuchtstoff beschichteten Gasentladungsgefäß und einem damit fest oder lösbar verbundenen elektronischen Vorschaltgerät, welches mittels eines Konverters die für den Betrieb des Gasentladungsge­ fäßes notwendigen Hochfrequenzspannungen bereitstellt, sowie einem Logik-Schaltkreis, der auf kurze Unterbrechungen der Stromzuführung an­ spricht und die Helligkeit der Kompaktlampe beeinflußt, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Logik-Schaltkreis mit mindestens drei stabilen Schaltzuständen, die zyklisch bei jeder Stromunterbrechung angesteuert werden, direkt im elektronischen Vorschaltgerät integriert ist.

10. Kompaktlampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas­ entladungsgefäß die Form einer Doppelwendel hat.