-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtkörper,
insbesondere einen Leuchtkörper, in welchem eine
Einschaltspannungserzeugungsschaltung zum Betrieb einer Glühlampe mit einer
ihre Nennspannung übersteigenden Gleichspannung verwendet
wird.
-
Gegenwärtig steigt ständig die Anzahl von Schulkindern mit
visueller Ermüdung oder Pseudomyopie sowie Arbeitern mit
visueller Ermüdung. Dies kann auf langzeitigem Fernsehen und
Feindruckbeobachtung bei ungeeigneter Beleuchtung sowie auf
der zunehmenden Bildschirmarbeit beruhen. Gegenwärtig
bevorzugt man Leuchtkörper, die es einer Person ermöglichen, die
Farben von Gegenständen zu beobachten, wie sie wirklich sind,
und es wurden wiederholt die Farberzeugungseigenschaften der
Beleuchtung diskutiert.
-
Weitgehend in Leuchtkörpern verwendete Lichtquellen sind
Leuchtstoffröhren und Glühlampen. Leuchtstoffröhren haben den
Vorteil, daß ihr verhältnismäßig hoher Gesamtlichtstrom eine
helle Beleuchtung erzeugt, und sie haben den Nachteil, daß
ihr Flackern leicht visuelle Ermüdung hervorruft, und daß das
Ungleichgewicht zwischen dem Gesamtlichtstrom und der
Farbtemperatur die Farberzeugungseigenschaften beeinträchtigt, so
daß die Gegenstände blasser erscheinen als sie tatsächlich
sind.
-
Obwohl Glühlampen den Leuchtstoffröhren überlegen sind, da
der gute Ausgleich zwischen dem Gesamtlichtstrom und der
Farbtemperatur zufriedenstellende Farberzeugungseigenschaften
erzielt, haben Glühlampen den Nachteil, daß sie allgemein
einen niedrigen Gesamtlichtstrom haben, und dies ruft leicht
visuelle Ermüdung hervor, wenn sie langzeitig zur Beleuchtung
verwendet werden.
-
EP-A-0330987 beschreibt einen Gleichstrom-Wechselstrom-
Gleichstrom-Wandler mit Resonanzkreis, dessen
Ausgangsspannung durch einen Rückkopplungsregler gesteuert wird.
-
EP-A-0361706 beschreibt in Fig.4 einen selbstschwingenden
Wechselrichter mit einer mit einer Kryptonlampe verbundenen
Ausgangstransformatorwicklung. Die Ausgangsspannung an der
Kryptonlampe übersteigt die effektive Spannung der
Wechselstromquelle. Die an die Lampe gelegte Spannung liegt zwischen
110 und 150% der Nennspannung der Lampe.
-
Die Japanische Patentschrift Kokai Nr. 72 599/90 (Titel:
"Beleuchtungsvorrichtung") und die Japanische Patentschrift
Kokai Nr. 59 994/91 (Titel:"Beleuchtungsvorrichtung")
beschreiben, daß zur Überwindung dieser Nachteile bekannter
Leuchtkörper Glühlampen mit einer ihre Nennspannung
übersteigenden Gleichspannung erregt werden, um ein Licht mit einer
Farbtemperatur von etwa 2900 K oder darüber,
zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 2950 - 3100 K, zu erhalten, das nicht
flackert sowie natürlich und angenehm für die Augen ist.
-
Die in diesen Japanischen Patentschriften beschriebenen
Leuchtkörper haben jedoch die Nachteile, daß
-
(i) sie kaum zur Beleuchtung von Einrichtungen und
Anlagen anwendbar sind, da die Regulierung ihrer
Spannungserzeugungsschaltung schlechter ist und dies eine
individuelle Spannungserzeugung für jede Glühlampe
erfordert;
-
(ii) die Verkleinerung ihrer Spannungserzeugungsschaltung
begrenzt ist, da sie verhältnismäßig große
Glättkapazitäten erfordern;
-
(iii) sie einer Spannungsänderung unterworfen sind, da die
Regulierung ihrer Ausgangsspannung schwierig ist;
-
(iv) es schwierig ist, ihre Ausgangsspannung zum
Lampendimmen kontinuierlich oder stufenweise zu ändern; und
-
(v) zum weichen Einschalten einer Glühlampe man einen
verhältnismäßig großen
Spitzenstrom-Begrenzungswiderstand in dem die Glühlampe enthaltenden Stromweg
vorsehen muß, und dieser Widerstand eine
Verkleinerung der Leuchtkörper behindert und Wärme erzeugt.
-
In Hinblick auf diese Ausführungen wurden große Anstrengungen
für die Entwicklung von Leuchtkörpern unternommen, die eine
Glühlampe als Lichtquelle verwenden und diese Nachteile nicht
besitzen, insbesondere solche, die eine
Einschaltspannungserzeugungsschaltung verwenden.
-
Als Ergebnis wurde gefunden, daß bei Betrieb einer Glühlampe
mit einer Einschaltspannungserzeugungsschaltung bei einer
ihre Nennspannung übersteigenden Gleichspannung,
zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 105 - 135% derselben, man ein
Licht mit einer Farbtemperatur von etwa 2900 K oder darüber,
zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 2950 - 3100 K erreichen
kann, das nicht flackert, natürlich, überlegen in den
Farberzeugungseigenschaften und angenehm für die Augen ist.
-
Ferner hat der Leuchtkörper, welcher eine
Einschaltspannungserzeugungsschaltung verwendet, die folgenden Vorteile, die
sich bei bekannten Leuchtkörpern nicht finden:
-
(i) die Spannungsquelle kann kleiner gemacht werden, da
sie einen hohen Leistungswirkungsgrad besitzt;
-
(ii) zwei oder mehrere Glühlampen können leicht mit einer
Spannungserzeugungsschaltung betrieben werden;
-
(iii) die Ausgangsspannung kann konstant gehalten werden,
auch wenn die Eingangsspannung und/oder der
Laststrom sich ändert, da die Spannungsregelung leicht
erreicht wird;
-
(iv) die Verkürzung der Lebensdauer von Glühlampen und
die Beschädigung von Schaltungsteilen kann wirksam
verhindert werden, da die Funktion eines weichen
Einschaltens leicht hervorgerufen werden kann;
-
(v) das Dimmen der Lampe kann leicht erreicht werden
durch kontinuierliche oder stufenweise Anderung der
Ausgangsspannung; und
-
(vi) der Leistungswirkungsgrad ändert sich nicht stark,
auch wenn sich die Lastspannung ändert.
-
Die Erfindung schafft einen Leuchtkörper mit wenigstens einer
Glühlampe, wobei die oder jede Glühlampe eine vorbestimmte
Nennspannung besitzt, der Leuchtkörper ferner eine
Einschaltspannungsquelle aufweist, die Einschaltspannungsquelle eine
Eingangswechselspannungsquelle und Ausgangsklemmen zum
Anschluß an die oder jede Glühlampe aufweist und wobei die
Einschaltspannungsquelle bei Betrieb der Glühlampe eine die
Nennspannung übersteigende Spannung liefert, wodurch die oder
jede Glühlampe bei Betrieb ein Licht mit einer Farbtemperatur
von etwa 2900 K oder darüber aussendet, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einschaltspannungsquelle eine
Spannungsstabilisierungsschaltung zur Erzeugung einer im wesentlichen
konstanten Gleichspannung für die oder jede Lampe enthält, wobei
die konstante Gleichspannung höher ist als die Spannung der
Wechselspannungsquelle, wodurch die Lampe mit etwa 105 - 135%
der Nennspannung versorgt wird.
-
Für ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen,
wie dieselbe ausgeführt werden kann, wird nun beispielhaft
auf die Figuren Bezug genommen. Es zeigt:
-
Fig.1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Leuchtkörpers;
-
Fig.2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der
Erfindung;
-
Fig.3 ein Schaltbild einer weiteres Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher eine Dimmeinrichtung extern angebracht
werden kann; und
-
Fig.4 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß verwendbaren
Gleichrichterschaltung.
-
In allen Figuren ist mit 1 eine Gleichrichter- und
Glättschaltung, mit 2 ein Netzfilter, mit 3 ein Schaltelement, mit
4 eine Glättschaltung, mit 5 eine
Rückkopplungsverstärkerschaltung, mit 6 und OSC eine Oszillatorschaltung, mit 7 und
PWM eine Impulsbreiten-Modulatorschaltung, mit Z und Z1-Z3
Glühlampen, mit AC eine Wechselstromquelle, mit C1-C12
Kondensatoren, mit L und L1-L2 Induktivitäten, mit D1-D13
Dioden, mit R1-R15 Widerstände, mit Th und Th1-Th2 Thyristoren,
mit FET ein Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor, mit Tr1-Tr3
Transistoren, mit REF einen normale
Spannungserzeugungsschaltung, mit IC1-IC3 integrierte Schaltungen, mit PC1-1 der
lichtemittierende Teil eines opto-elektrischen Kopplers und
mit PCL-2 der lichtempfangende Teil eines opto-elektrischen
Kopplers bezeichnet.
-
Die erfindungsgemäß verwendbaren Glühlampen sind solche,
welche einen Wolframfaden und einen Spurenanteil eines
Edelgases in einem Vakuumglaskolben enthalten, und es kann
erfindungsgemäß
irgendeine solche Glühlampe unabhängig von ihrer
Nennleistung, Nennspannung, ihrer Ausbeute und Form verwendet
werden, solange sie ein kontinuierliches Licht mit einer
Farbtemperatur von etwa 2900 K oder darüber,
zweckmäßigerweise etwa 2950 - 3100 K, aussendet, wenn sie mit einer ihre
Nennspannung zweckmäßigerweise 105 -135% derselben
übersteigenden Gleichspannung erregt wird, wobei die nachfolgend
erwähnte Einschaltspannungserzeugungsschaltung verwendet
wird. Hinsichtlich der Farberzeugungseigenschaften im
erhaltenen Licht ist es erwünscht, eine Glühlampe zu wählen, die
einen Gesamtlichtstrom von etwa 900 Lumen oder darüber,
zweckmäßigerweise etwa 1000 - 1400 Lumen ergibt, wenn sie mit
einer solchen Gleichspannung erregt wird.
-
Eine solche Glühlampe kann unter handelsüblichen Produkten
mit einer verhältnismäßig hohen Nennspannung gewählt werden,
insbesondere solchen, die eine Nennleistung von 25 - 150 W,
zweckmäßigerweise 40 - 60 W, bei normaler Netzwechselspannung
zeigen, oder insbesondere so ausgebildet und vorbereitet
sind, daß sie eine gewünschte Netzspannung, Netzleistung,
einen gewünschten Gesamtlichtstrom, Wirkungsgrad und
gewünschte Form ergeben: beispielsweise Argonlampen, die Argongas
alleine oder in Kombination mit einem anderen Inertgas, wie
einem Stickstoffgas, enthalten, Kryptonlampen, die Kryptongas
alleine oder in Kombination mit einem anderen Inertgas, wie
einem Stickstoffgas, enthalten und Xenonlampen, die Xenongas
alleine oder in Kombination mit einem anderen Inertgas, wie
einem Stickstoffgas, Argongas und Kryptongas, enthalten, alle
vorteilhaft erfindungsgemäß anwendbar.
-
Bei Verwendung einer Argonlampe, z.B. mit der Bezeichnung
"SOFT-WHITE 120V 60W", "STANDARD 120V 60W" und "INSIDE FROST
130V 60W", Produkte der General Electric Co., Connecticut,
Vereinigte Staaten von Amerika, und "INSIDE FROST 120V 60W",
einem Produkt der N.V.Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven, Niederlande, geeignet. Diese Argonlampen können
einfach so betrieben werden, daß sie ein natürliches Licht mit
einer Farbtemperatur von etwa 2900 K oder darüber emittieren,
das in den Farberzeugungseigenschaften überlegen und angenehm
für die Augen ist, indem eine Gleichspannung bis zu etwa 105%
der Nennspannung angelegt wird. Eine solche Überspannung
liegt innerhalb eines Änderungsbereiches, der gewöhnlich in
einer Wechselnetzspannung beobachtet wird, und die Verkürzung
der Lebensdauer infolge von Überspannung verursacht bei der
praktischen Verwendung kein ernstliches Problem.
-
Krypton- und Xenonlampen erzielen eine viel längere
Lebensdauer als eine Argonlampe, da Krypton- und Xenonlampen,
insbesondere Xenonlampen, leicht eine vorgeschriebene
Farbtemperatur und einen vorgeschriebenen Gesamtlichtstrom auch
bei einer verhältnismäßig niedrigen Überspannung erreichen.
-
Die Bezeichnung "Einschaltspannungserzeugungsschaltung", wie
sie in dieser Beschreibung verwendet wird, bedeutet eine Art
von Spannungserzeugungsschaltung, bei der ein Schaltelement,
beispielsweise ein Leistungstransistor, ein
Leistungs-Feldeffekt-Transistor (FET) und ein Thyristor, so ausgebildet und
angeordnet sind, daß es einen Einschalt-/Ausschaltvorgang
gegen eine Eingangsgleichspannung ermöglicht, die durch
Gleichrichten und Glätten eines Wechselstroms, z.B. aus einer
Wechselstromnetzleitung, erhalten wird, und auch das
Zeitverhältnis der Einschalt- und Ausschaltdauer verändert, um eine
pulsierende Hochfrequenzspannung zu erzielen, die sodann z.B.
einem Gleichrichterkreis, beispielsweise einem LC-Filter,
unterworfen wird, um eine Ausgangsgleichspannung zu erzielen,
welche die effektive Spannung der verwendeten
Wechselstromquelle übersteigt. Es ist erfindungsgemäß jede
Einschaltspannungserzeugungsschaltung brauchbar, vorausgesetzt, daß sie in
der Lage ist, für eine oder mehrere Glühlampen eine
Gleichspannung zu liefern, welche ihre Nennspannung übersteigt,
während die Glühlampe(n) an der Ausgangsklemme hängen.
-
Besondere Einschaltspannungserzeugungsschaltungen sind
beispielsweise vom üblichen Zerhackertyp, wie
Zuschaltzerhacker- und Gegenschaltzerhackertyp (boost and buck chopper), oder
vom üblichen Konvertertyp, wie Vorwärtskonverter (forward
converter)-, Rückwärtskonverter (flyback converter)-,
Gegentaktkonverter-, Halbbrückenkonverter- und
Vollbrückenkonverter-Typ: in Abhängigkeit vom Leistungsverbrauch und der
Anzahl der verwendeten Glühlampen sind
Einschaltspannungserzeugungsschaltungen vom Zerhacker- oder Vorwärtskonverter-Typ
für eine Last bis 100 - 200 W geeignet, und solche vom
Gegentaktkonverter-, Halbbrückenkonverter- oder
Vollbrückenkonverter-Typ sind für eine höhere Last geeignet.
-
Die erfindungsgemäß brauchbare
Einschaltspannungserzeugungsschaltung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer
Einschaltspannungserzeugungsschaltung vom Vorwärtskonverter-Typ
erläutert.
-
Wie in Fig.1 gezeigt, ist die
Einschaltspannungserzeugungsschaltung gewöhnlich mit einer Gleichrichter- und
Glättschaltung 1 versehen, die einen Wechselstrom aus einer
Wechselstromquelle AC, wie einer Wechselstromnetzleitung, umwandeln
soll und eine Eingangsklemme aufweist, die mit der
Wechselstromquelle AC verbunden ist, und in der Gleichrichter- und
Glättschaltung 1 sind Gleichrichterdioden D1-D4 als
Gleichrichtereinrichtungen und ein Kondensator C1 als
Glätteinrichtung vorgesehen. Zwischen der Wechselstromquelle AC und der
Gleichrichter- und Glättschaltung 1 ist ein Netzfilter 2
eingesetzt, um jegliches externes und/oder internes Rauschen
abzuschirmen, wenn erforderlich.
-
Die Ausgangsklemme der Gleichrichter- und Glättschaltung 1
ist mit einem Schaltelement 3 verbunden, das den
Einschalt/Ausschaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit wiederholt, um
eine pulsierende Hochfrequenzspannung zu erzeugen, und eine
Ausgangsklemme eines Invertertransformators T, die mit dem
Hauptstromweg des Schaltelements 3 verbunden ist, ist mit
einer Glättschaltung 4 versehen, die aus Hochleistungsdioden
D5 und D6, wie ersten Recoverydioden, einer Induktivität L
und einem Kondensator C2 zur Umwandlung der pulsierenden
Hochfrequenzspannung in Gleichspannung besteht.
-
Die Ausgangsklemme der Glättschaltung 4 ist mit einer oder
mehreren Glühlampen Z und mit einer
Ausgangsspannungs-Abtastschaltung verbunden, die aus einem veränderlichen Widerstand
Vr und einem Widerstand R2 besteht. Parallel zum Widerstand
R2 ist eine Rückkopplungsverstärkerschaltung 5 angeschlossen,
während die Ausgangsklemme der
Rückkopplungsverstärkerschaltung 5 mit einer Steuerelektrode des Schaltelements 3 über
eine Impulsbreiten-Modulationsschaltung 7 verbunden ist, an
der eine Oszillatorschaltung 5 hängt.
-
Der veränderliche Widerstand Vr dient zur geeigneten
Steuerung der Spannung an der Glühlampe Z zum Dimmen der Lampe.
-
Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieser
Einschaltspannungserzeugungsschaltung erläutert. Die Wechselspannung aus der
Wechselspannungsquelle AC wird in Gleichspannung durch die
Gleichrichter- und Glättschaltung 1 umgewandelt. Die
Ausgangsgleichspannung der Gleichrichter- und Glättschaltung 1
wird durch das Schaltelement 3 umgewandelt, welche den
Einschalt-/Ausschaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit in eine
pulsierende Hochfrequenzspannung unwandelt, die sodann durch
die Glättschaltung 4 in Gleichspannung geglättet und auf die
Glühlampe Z gegeben wird. Während die
Rückkopplungsverstärkerschaltung 5 die geteilte Spannung am Widerstand R2 in der
Ausgangsspannungs-Abtastschaltung mit einer Normalspannung VR
vergleicht, verstärkt sie den Fehler und gibt ihn auf die
Impulsbreiten-Modulationsschaltung 7. Die
Impulsbreiten-Modulationsschaltung 7 ist in der Lage, ein Steuersignal mit
einer gewünschten Impulsbreite auf die Steuerelektrode des
Schaltelements 3 zu geben, während sie mit der
Oszillationsschaltung 6 synchronisiert, wodurch die
Impulsbreiten-Modulationsschaltung 7 die Impulsbreite des Steuersignals
verbreitert, das auf das Schaltelement 3 gegeben wird, wenn die
Ausgangsspannung der Rückkopplungsverstärkerschaltung 5
geringer ist als ein vorbestimmter Wert, während die
Impulsbreiten-Modulationsschaltung 7 die Impulsbreite reduziert,
wenn die Ausgangsspannung höher ist als dieser Wert. So wird
die Ausgangsspannung stabilisiert.
-
Es wird gesagt, daß die Lebensdauer einer Glühlampe in
umgekehrtem Verhältnis etwa zur 13.Potenz der angelegten Spannung
sich verkürzt, daher führt selbst ein geringer Anstieg der
Spannungsquellenspannung zu einer merklichen Verkürzung der
Lebensdauer. Da die erfindungsgemäß verwendete
Einschaltspannungserzeugungsschaltung in einfacher Weise eine
stabilisierte Ausgangsspannung erzeugt, kann sie in positiver Weise
einer Glühlampe eine stabiliserte Gleichspannung liefern, die
ihre Nennspannung zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 105
- 135% derselben übersteigt, auch wenn die
Wechselspannungsquelle AC und/oder der Laststrom sich ändert. Infolgedessen
sinkt bei Betreiben einer Glühlampe mit einer Überspannung,
wie es bei der Erfindung der Fall ist, die Belastung des
Fadens auf einen minimalen Wert, und dies trägt dazu bei, daß
die Glühlampe eine vorbestimmte Lebensdauer erreicht.
Nebenbei gesagt, da in der Gleichrichter- und Glättschaltung
1 der Glättkondenstor C1 verwendet wird, welcher gewöhnlich
eine verhältnismäßig hohe Kapazitanz besitzt, kann beim
Einschalten ein Einschaltspitzenstrom infolge seiner
elektrischen Verarbeitung in den Glättkondensator C1 fließen und die
Gleichrichterdioden D1-D4 und/oder den Glättkondensator C1
ernstlich beschädigen. Um einen solchen Einschaltspitzenstrom
zu begrenzen, wie z.B. in Fig.1 gezeigt, kann man eine
Einschaltspitzenstrom-Begrenzerschaltung vorsehen, welche aus
einem Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R1, der
zwischen die Gleichrichterdioden D1-D4 und den
Glättkondensator C1 geschaltet ist, einem Thyristor Th, dessen
Hauptstromweg parallel zum Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand
R1 geschaltet ist, und einem Leitfähigkeits-Steuerkreis
besteht, welcher mit dem Gate des Thyristors Th verbunden
ist, wodurch der Glättkondenstor C1 allmählich durch den
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R1 aufgeladen
wird, und unmittelbar nach der Aufladung fast vollständig
entleert wird, wobei der Leitfähigkeits-Steuerkreis den
Thyristor Th triggert, um den
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R1 kurz zuschließen.
-
Da ferner gesagt wird, daß der Faden bei Umgebungstemperatur
der Glühlampe einen Widerstand zeigt, der im allgemeinen
einige Zehntel des Widerstands im Glühzustand beträgt, ist zu
befürchten, daß jede direkte Anwendung einer Gleichspannung,
welche die Nennspannung übersteigt, in den Faden mit einem
großen Einschaltspitzenstrom fließt, der die Lebensdauer der
Glühlampe verkürzen kann. Um einen solchen
Einschaltspitzenstrom zu verhindern, kann man einen Weich-Einschaltstromkreis
vorsehen, der die der Glühlampe zuzuführende Gleichspannung
von einem vorgeschriebenen niedrigen Wert auf einen
vorgeschriebenen Überspannungswert durch allmähliche Steigerung
der Impulsbreite der auf das Schaltelement 3 zu gebenden
Steuerspannung allmählich vergrößert, wenn z.B. die Glühlampe
gegen eine neue ausgewechselt wird, während der
Spannungsschalter geschlossen bleibt.
-
Ein solcher Weich-Einschaltkreis kann beispielsweise
verwirklicht werden, indem eine integrierte Einschaltreglerschaltung
zur Steuerung des Schaltelements 3 verwendet wird, wie ein
"µPC1094C" (ein Produkt der NEC Corp.,Tokio,Japan), "µPC1094G"
(ein Produkt der NEC Corp.,Tokio,Japan), "MB3579" (ein
Produkt der Fujitsu Ltd., Tokio, Japan) und "TL494" (ein Produkt
der Texas Instruments Inc., Texas, Vereinigte Staaten von
Amerika), und der integrierten Schaltung ermöglicht wird,
eine Totzeit im Zusammenwirken mit einer
Verzögerungsschaltung, wie einer RC-Zeitkonstantenschaltung, zu erzeugen. Ein
solcher Weich-Einschaltkreis hat die zusätzliche Wirkung,
Schädigungen des Schaltelements 3 durch die anfängliche
Aufladung des Kondensators C2 sowie ein Überschwingen während
des Aufbaus der Ausgangsspannung zu verhindern.
-
Um den Einschaltspitzenstrom in den Faden und die
Glätteinrichtung, einen Bogenentladungsstrom durch das Durchbrennen
des Fadens und die Beschädigung des Schaltelements 3 durch
den Überstrom zu verhindern, der aus dem Durchgehen der
Schaltung entsteht, kann man in dem den Hauptstromweg des
Schaltelements 3 enthaltenden Stromweg z.B. beide
Stromabtasteinrichtungen, wie einen Widerstand und eine übliche
Überstromschutzschaltung, vorsehen, die zuerst die Spannung
an der Stromabtasteinrichtung abtastet, um das Auftreten
eines Uberstroms zu prüfen, und sodann die Leitfähigkeit des
Schaltelements 3 steuert.
-
Obwohl in der Einschaltspannungserzeugungsschaltung das
Auftreten einer Überspannung geringer ist, kann man ferner
eine Spannungsabtastschaltung sowohl in der oben erwähnten
Überstrom-Schutzschaltung als auch
Überspannungs-Schutzschaltung vorsehen, wobei die letztere entweder die Impulsbreite
der dem Schaltelement 3 zuzuführenden Steuerspannung
reduziert oder zur Begrenzung der Überspannung den Impuls an der
Eingangsklemme abschaltet, wenn er auftritt.
-
Auf diese Weise kann man durch Betreiben einer Glühlampe mit
einer ihre Nennspannung zweckmäßigerweise im Bereich von etwa
105 - 135% derselben übersteigenden Gleichspannung ein Licht
gewöhnlich mit einer Farbtemperatur von etwa 2900 K oder
darüber, zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 2950 - 3100 K
und auch mit einer näher an derjenigen von Sonnenlicht,
insbesondere morgendlichem Sonnenlicht, liegenden
Spektralverteilung erzielen, das nicht flackert, natürlich, angenehm
für die Augen und allgemein für die Beleuchtung gunstig ist.
-
Die Lebensdauer von Glühlampen ist in diesem Fall etwa 100
Stunden oder länger, was von der angelegten Spannung, der Art
des Füllgases, des Aufbaus und der Form abhängt, was kein
ernstliches Problem darstellt, wenn sie zur Beleuchtung
allgemein verwendet wird. Bei Verwendung eines
Weich-Einschaltkreises, welcher die Glühlampe mit einer allmählich
steigenden Gleichspannung erregt, um einen
Einschaltspitzenstrom zu begrenzen, kann man in positiver Weise über eine
lange Zeitspanne, insbesondere etwa 150 Stunden oder länger,
zweckmäßigerweise etwa 200 bis 2000 Stunden, ein Licht mit
einer Farbtemperatur von etwa 2900 K oder darüber,
zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 2950 - 3100 K, erreichen,
das nicht flackert, natürlich, in den
Farberzeugungseigenschaften überlegen und angenehm für die Augen ist.
Insbesondere bei Betrieb von Krypton- oder Xenonlampen mit einer
Gleichspannung von etwa 105 - 135% ihrer Nennspannung kann
man ein Licht mit einer Farbtemperatur von etwa 2900 K oder
darüber, zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 2950 - 3100 K,
über eine längere Zeitspanne, gewöhnlich für etwa 400 Stunden
oder darüber, zweckmäßigerweise etwa 500 - 2000 Stunden,
erreichen.
-
Wenn man beispielsweise zwei Glühlampen in einem
erfindungsgemäßen Leuchtkörper betreibt, tritt kein Überstrom auf und
die Schaltung wird nie unstabil, auch wenn bei Betrieb
entweder die Glühlampen ausgeschaltet oder eine aufgehängte
Glühlampe zusätzlich eingeschaltet wird, da der erfindungsgemäße
Leuchtkörper die an die Glühlampe(n) anzulegende Spannung im
wesentlichen konstant halten kann. Wenn in diesem Fall eine
Anzahl von Glühlampen nacheinander ausgetauscht und
vorbestimmte Zeitspannen betrieben werden, kann man eine viel
längere Lebensdauer für jede Glühlampe erzielen als bei
Betrieb einer Glühlampe in kontinuierlicher Weise.
-
Zusätzlich können Einschaltspannungserzeugungsschaltungen
sogar mit einem verhältnismäßig großen Leistungsvermögen,
insbesondere bis zu einigen hundert Watt, leichter und
kleiner gebaut und in fremden Ländern mit unterschiedlichen
Netzspannungen ohne Veränderung der Schaltungskonstanten
angewendet werden, da die
Einschaltspannungserzeugungsschaltungen sich einem verhältnismäßig großen Bereich von
Eingangsspannungen anpassen.
-
Infolgedessen ist der erfindungsgemäße Leuchtkörper
vorteilhaft anwendbar als Tisch- und Pultbeleuchtung, z.B. als
verstellbare Lampe, Pultlampe, Sturmlampe, Tischlampe und
Minilampe; Innen- und Außenbeleuchtung, beispielsweise
Dekkenbeleuchtung, Tiefstrahler, Wandleuchte, Hängeleuchte,
Kronleuchter, Pendellampe und Ganglampe, Gartenlampe und
Verandalampe, zur Beleuchtung eines Studierzimmers,
Kinderzimmers, Schlafzimmers, Wohnzimmers, Eßzimmers, einer Küche,
eines Toillettenraums, Waschraums, Badezimmers, eines
Durchgangs,
eines Treppenhauses, Balkons und als
Eingangsbeleuchtung eines Nebenhauses, eines Appartmenthauses und
Mehrfachhauses, sowie für die Beleuchtung eines Lesezimmers,
Schulzimmers, einer Halle, einer Lobby, eines Wartezimmers,
Behandlungszimmers, Kontrollzimmers, Büroraumes, Zeichenraumes,
Laboratoriums, Diele, Gastzimmers, Bedientenzimmers, eines
Kochraumes, Behandlungszimmers und Kultivierungsraumes in
Anlagen wie einer Bibliothek, Schule, eines Studios, eines
Schönheitssalons, Krankenhauses, einer Fabrik, eines Büros,
eines "Ryokans" (Hotel im japanischen Stil), eines Hotels,
Restaurants, einer Banketthalle, einer Hochzeitshalle, einer
Konferenzhalle, eines Geschäfts, eines Ladens, eines
Supermarkts, Einzelhandelsgeschäfts, Kunstmuseums, Museums, einer
Konzerthalle, einer Halle, eines Flugzeugs, Fahrzeugs, eines
Schwimmbeckens, einer Turnhalle, eines Sportfeldes, einer
Geflügelfarm, Fischfarm und Pflanzenfabrik.
-
Einer oder mehrere vereinheitlichte Leuchtkörper gemäß der
Erfindung können einer Beleuchtungsmustersteuerung
unterworfen werden, einer Zeitablaufsteuerung,
Tageslicht-Sperrsteuerung, Wandschaltungssteuerung, einer zentralisierten
Steuerung und/oder Dimmsteuerung durch geeignete Anordnung der
Leuchtkörper in den oben beschriebenen Häusern und
Einrichtungen, und die Leuchtkörper können einer
Beleuchtungssteueranlage mit Verwendung von Dimm- und Einschaltkreisen
unterworfen werden, beispielsweise verdrahteten Steueranlagen, wie
einer einzeln verdrahteten Anlage, einer persönlichen
multiplexverdrahteten Anlage, einem Telefonleitungssystem, einer
Spannungsleitung-Trägeranlage und einem optischen
Fasersystem, und einer drahtlosen Steueranlage, wie einem durch
elektrische Wellen gesteuerten System, einem
Lichtsteuersystem, einem Ultraschallsteuersystem und einem akustisch
gesteuerten System. Insbesondere bei der Haushaltbeleuchtung
können ein oder mehrere erfindungsgemäße Leuchtkörper
vollständig
zusammen mit anderen elektrischen Anlagen gesteuert
werden, indem die Leuchtkorper in ein Heim-Bussystem
eingebaut werden.
-
Da das Licht aus dem erfindungsgemäßen Leuchtkörper natürlich
ist und enger an frühmorgendlichem Sonnenlicht liegt und eine
bemerkenswerte Wirkung bei der Verhinderung und Behandlung
von Krankheiten und Leiden zeigt, beispielsweise visueller
Ermüdung, Pseudomyopie, Asthenopie und Depression, und auch
bei der Verbeserung des Wachstums und der Produktivität von
Tieren und Pflanzen kann der Leuchtkörper vorteilhaft
eingesetzt werden, um physikalische Therapie zu Hause und in
Krankenhäusern, wie Hospitalen und Kliniken durchzuführen,
sowie als Beleuchtungsmittel für Farmen und Fabriken, wie
Geflügelfarmen, Fischfarmen und Pflanzenfabriken.
-
Das durch Betrieb einer Glühlampe bei einer ihre Nennspannung
übersteigenden Spannung erhaltene Licht ist reich an
Infrarotkomponenten, insbesondere einer Komponente im langwelligen
Rot mit einer Wellenlänge von 25 - 1000 µm. Die Komponente im
langwelligen Rot hat eine Aktivität bei der Beschleunigung
der Perspiration, der Sauerstoffaufnahme und der
Blutzirkulation in Tieren, um ihren Metabolismus zu fördern oder zu
verbessern, Blutdruck und Blutzuckergehalt zu senken, die
Ausscheidung von Stoffwechselprodukten zu fördern,
Fettleibigkeit und Rehabilitation zu erleichtern, und es hat eine
Aktivität bei der Erleichterung von Entzündungsschmerzen und
Spasmen.
-
Infolgedessen zeigt der erfindungsgemäße Leuchtkörper
bemerkenswerte Wirkungen bei der Entspannung von
Muskelverspannungen durch Schultersteifheit und Myalgie, bei der
Erleichterung von Spasmen und von Rückenschmerzen durch Verletzung,
Verbrennung, Rheumatismus, Arthritis, Lumbago, Neuralgie,
externer Otitis, Tymanitis, Nasosinusitis, Tonsilitis,
Pharyngitis, Laryngitis, belegter Stimme und viszeraler
Krankheiten sowie bei der Verhinderung und Behandlung von
gereatrischen Krankheiten, wie Krebs, Hepatitis und
Hepatozirrhose, wenn er mit einer Glühlampe ausgestattet ist, die
einen bleifreien oder geringen Bleigehalt aufweisenden
Gaskolben für eine Aussendung im höheren Infrarot verwendet. Ein
solcher Leuchtkörper kann vorteilhaft zur Ausführung einer
physikalischen Therapie zu Hause und in Krankenhäusern, wie
einem Hospital oder einer Klinik, verwendet werden.
-
Da an Infrarotkomponenten reiches Licht eine bemerkenswerte
keimtötende Aktivität auf Mikroorganismen hat und das
Wachstum von Pflanzen beschleunigt, kann der erfindungsgemäße
Leuchtkörper vorteilhaft auch als keimtötende Lampe sowie als
Beleuchtungsmittel für Kultivierungsräume, wie
Pflanzenfabriken, angewendet werden.
-
Obwohl verschiedene Arten von
Einschaltspannungserzeugungsschaltungen bisher bekannt waren, gibt es bisher kein
Beispiel eines Leuchtkörpers, in welchem eine
Einschaltspannungserzeugungsschaltung verwendet wird, die aus einer
Wechselspannungsquelle mit einer verhältnismäßig hohen Spannung,
z.B. einer Netzwechselspannungsleitung, eine Gleichspannung
entnimmt, die die effektive Spannung der
Wechselspannungsquelle übersteigt, und die Gleichspannung stabilisiert und
auf eine Glühlampe zu deren Betrieb leitet.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der dargestellten
Ausführungsbeispiele mit Verwendung von
Einschaltspannungserzeugungsschaltungen vom Zerhacker-Typ beschrieben. Die
Ausführungsformen sind natürlich nur beispielhaft und die
Erfindung soll nicht darauf eingeschränkt werden.
-
Fig.2 zeigt eine elektrische Schaltung einer Ausführungsform
der Erfindung mit Verwendung einer
Einschaltspannungserzeugungsschaltung vom Zerhacker-Typ.
-
In der Figur ist mit AC eine Wechselspannungsnetzleitung als
Wechselspannungsquelle bezeichnet, und die
Wechselspannungsquelle AC ist mit der Eingangsklemme einer Brückendiode D7
über Eingangsklemmen X1,X2, einem Leistungsschalter SW und
einer Induktivität L1 verbunden. Beide Klemmen der
Induktivität L1 sind mit Kondensatoren C3,C4 und CS verbunden, die ein
Netzfilter zusammen mit der Induktivität L1 bilden. Die
Kondensatoren C4 und CS sind über eine Erdklemme X5 geerdet.
-
Die Ausgangsklemme der Brückendiode D7 ist mit einem
Glättkondensator C6 über einen
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R3 verbunden, und der Hauptstromweg eines
Thyristors Th ist parallel zu dem
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R3 geschaltet.
-
Der Glättkondensator C6 ist mit der Source eines Leistungs-
MOS-Feldeffekttransistors FET als Schaltelement verbunden,
und die Drain ist mit einer Glättschaltung verbunden, die aus
einer Schwungraddiode (flywheel diode) D8, einer
Hochfrequenzinduktivität L2 und einem Kondensator C7 besteht.
-
Die Ausgangsklemme der Glättschaltung ist mit. einem
Stromregelkreis versehen, der aus Transistoren Tr1, Tr2,
Widerständen R4 und RS besteht, und der Kollektor des Transistors Tr2
ist mit einer Spannungsregeldiode D9 und einem Kondensator C8
zur Spannungsstabilisierung verbunden. Die Spannung an der
Spannungsregeldiode D9 und am Kondensator C8 wird auf die
Kathode einer integrierten Schaltung IC1 über einen
Widerstand R6 und den lichtemittierenden Teil PCL-1 eines
optoelektrischen Kopplers gegeben. Die integrierte Schaltung IC1
ist
eine integrierte Shuntreglerschaltung und ist z.B.
ausgewählt aus "µPC1093" (einem Produkt der NEC Corp., Tokio,
Japan) und "TL431" (einem Produkt der Texas Instruments Inc.,
Texas, Vereinigte Staaten von Amerika). Die Ausgangsklemmen
X4 und XS der Einschaltspannungserzeugungsschaltung sind mit
einer Ausgangsspannungs-Abtastschaltung verbunden, die aus
einem veränderlichen Widerstand Vr und einem Widerstand R7
besteht, sowie mit Glühlampen Z1,Z2, und der Widerstand R7
ist mit der Bezugsklemme "r" der integrierten
Shuntreglerschaltung IC1 verbunden. Diese integrierte
Shuntreglerschaltung IC1 und die Ausgangsspannungs-Abtastschaltung sind so
ausgebildet und angeordnet, daß daß sie eine
Spannungskomparatorschaltung bilden, die die Ausgangsspannung der
Einschalt spannungs erzeugungs schaltung mit einer Normalspannung
vergleichen, und sodann fließt ein Strom in den
lichtemittierenden Teil PCL-1 des optoelektrischen Kopplers und
ermöglicht ihm, eine Emission hervorzurufen, wenn die
Ausgangsspannung höher ist als die Normalspannung. So wird ein
Fehlersignal auf die integrierte Schaltung IC2 gegeben.
-
Die integrierte Schaltung IC2 ist eine integrierte
Schaltregelschaltung, beispielsweise "µPC1094C" (ein Produkt der NEC
Corp., Tokio, Japan), "µPC1094G" (ein Produkt der NEC Corp.,
Tokio, Japan), "µPC494" (ein Produkt der NEC Corp., Tokio,
Japan), "TL494" (ein Produkt der Texas Instruments Inc.,
Texas, Vereinigte Staaten von Amerika) und "MB3579" (ein
Produkt der Fujitsu Ltd., Tokio, Japan), welche den
Feldeffekttransistor FET ein-/aussteuert auf der Grundlage eines
solchen Fehlersignals und gewöhnlich eine Oszillatorschaltung
OSC, eine Normalspannungs-Erzeugungsschaltung REF, eine
Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM und eine
Ausgangsschaltung enthält.
-
In diesem Fall kann unter den in der
Einschaltspannungserzeugungsschaltung
enthaltenen Steuerschaltungen die
Hauptsteuerschaltung ausschließlich beispielsweise des Schaltelements,
des Thyristors, des
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstandes und der Ausgangsspannungs-Abtastschaltung in eine
integrierte Schaltung oder eine integrierte Hybridschaltung
eingebaut werden. Dies ist sehr günstig zur Begrenzung von
Größe und Kosten der Einschaltspannungserzeugungsschaltung.
Wenn beispielsweise die integrierte Shuntreglerschaltung IC1,
die lichtemittierenden und lichtempfangenden Teile PC1-1 und
PC1-2 des optoelektrischen Kopplers, die integrierte
Schaltreglerschaltung IC2 und, wenn erforderliche, ihre zugehörigen
Schaltelemente, die bei Gebrauch weniger Wärme erzeugen und
mit den integrierten Schaltungen verbunden sein sollten, und
der optoelektrische Koppler mit der möglichst kürzesten
Verdrahtung in eine integrierte Hybridschaltung eingebaut
werden, kann man mit geringeren Kosten eine kleinere
Einschaltspannungserzeugungsschaltung mit einer wesentlich
höheren Leistungsfähigkeit und Qualität herstellen. Eine
solche integrierte Hybridschaltung kann beispielsweise durch
Anordnen und Verbinden üblicher Shuntregler-IC-Plättchen
optoelektrischer Koppler, Schaltregler-IC-Plättchen und, wenn
erforderlich, ihrer zugehörigen Schaltelemente auf einer
Grundplatte geeigneten Materials, geeigneter Form und Größe
und durch vollständiges Eingießen dieser Elemente in der
Grundplatte hergestellt werden.
-
Für die folgende Erläuterung werde beispielsweise ein
"µPC1094C" genommen, wobei der Spannungsanschlußstift Vcc mit
der positiven Elektrode des Glättkondensators C6 über einen
Widerstand R8 verbunden ist und die Spannung am
Glättkondensator C6 durch seinen Widerstand R8 abfällt, durch eine
Spannungsreglerdiode D10 und einen Kondensator C9
stabilisiert und auf die integrierte Schaltregelschaltung IC2
gegeben wird. Da infolgedessen beim Einschalten die Spannung am
Kondensator C9, mit anderen Worten diejenige am
Spannungsquellenstift Vcc, allmählich ansteigt, wenn die Spannung am
Glättkondensator C6 ansteigt, wird die integrierte
Schaltreglerschaltung IC2 so eingestellt, daß sie startet, wenn die
Spannungsquellenspannung eine vorbestimte Größe erreicht,
z.B. 10 V oder mehr für den "µPC1094C", während bei einer
geringeren Größe die integrierte Schaltung 1C2 in
Wartestellung bleibt.
-
Die Oszillatorschaltung OSC dient zur Erzeugung einer
Sägezahnwelle, und ihre Schwingungsfrequenz wird durch den
externen Kondensator C10, der zwischen einen Stift CT und
einen Erdstift GND geschaltet ist, und den externen
Widerstand R9 bestimmt, der zwischen einen Stift RT und den
Erdstift GND geschaltet ist. Der Stift CT ist mit der
Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM innerhalb der
integrierten Schaltung IC2 derart verbunden, daß die erzeugte
Sägezahnwelle auf die Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM
gegeben wird.
-
Die Normalspannungs-Erzeugungsschaltung REF beginnt mit der
Erzeugung der Normalspannung, unmittelbar nachdem die
Spannungsquellenspannung eine vorbestimmte Größe erreicht oder
übersteigt, und der Ausgang wird auf einen
Normalspannungsstift VREF gegeben. Die erzeugte Normalspannung wird auf
das Gate des Thyristors Th über einen Widerstand R10 und den
Hauptstromweg eines Hochleistungstransistors Tr3 gegeben, um
den Thyristor Th zu triggern und den Einschaltspitzenstrom-
Begrenzungswiderstand R3 kurzzuschließen.
-
Die Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM dient zur
Steuerung des Feldeffekttransistors FET beim Ein- und Ausschalten
aufgrund des Fehlersignals aus der integrierten
Shuntreglerschaltung IC1 und trägt verschiedene Anschlußstifte
einschließlich
eines Rückkopplungssteuerstiftes FB, eines
Totzeit-Steuerstiftes DTC und eines Uberstrom-Abtaststiftes OCS.
Unter diesen ist der Rückkopplungs-Steuerstift FB mit dem
Lichtempfangsteil PC1-2 des optoelektrischen Kopplers derart
verbunden, daß das erwähnte Fehlersignal in isolierter Form
aufgegeben wird. Zwischen dem Totzeit-Steuerstift DTC und dem
Normalspannungstift VREF ist eine Integrationsschaltung
angeschlossen, welche aus Widerständen R11,R12 und einem
Kondensator C11 derart besteht, daß die Integrationsschaltung
den Totzeit-Steuerstift DTC mit einer allmählich abfallenden
Spannung erregt, unmittelbar nachdem die
Normalspannungs-Erzeugungsschaltung REF beginnt. Da die
Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM derart angeordnet und ausgebildet ist, daß
sie die Impulsbreite schmälert, wenn die Spannung am
Totzeit-Steuerstift DTC hoch ist, verbreitert sich die
Impulsbreite allmählich, wenn die Spannung aus der
Integrationsschaltung allmählich sinkt und so die Ausgangsspannung der
Einschaltspannungserzeugungsschaltung allmählich steigt.
-
Der Überstrom-Abtaststift OCS ist über eine Diode D11 mit
einem Widerstand R13 als Stromabtasteinrichtung verbunden,
die in den Hauptstromweg des Feldeffekttransistors FET
eingesetzt ist, und die Spannung am Widerstand R13 wird
gleichgerichtet und geglättet durch die Diode D11, einen Widerstand
R14 und einen Kondensator C12 und sodann auf den Überstrom-
Abtaststift OCS gegeben. Die
Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM schmälert die Impulsbreite des auf den
Feldeffekttransistor FET zu gebenden Steuersignals, wenn die Spannung
am Widerstand R13 eine vorbestimmte Größe übersteigt. Mit
anderen Worten, die Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM
ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie zuerst die
aufgegebene Sägezahnwelle mit jeder Spannung am Rückkopplungs-
Steuerstift FB, am Überstrom-Abtaststift OCS und am Totzeit-
Steuerstift DTC vergleicht, sodann die Impulsbreite aufgrund
der höchsten Spannung unter Verwendung des logischen Oder-
Gates steuert. So wird der Ausgangsspannung zuerst
ermöglicht, in Art eines weichen Einschaltens anzusteigen, sodann
wird sie auf einer vorgeschriebenen konstanten Größe
stabilisiert, wenn sich keine Abnormalität im Ausgangsstrom ergibt.
-
Ein Kollektorstift COLLECTOR und ein Emitterstift EMITTER,
beide in der Ausgangsschaltung, sind mit dem
Spannungsquellenstift Vcc bzw. dem Erdungsstift GND verbunden, und das
Steuersignal aus der Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM
wird zuerst durch diese Ausgangsschaltung verstärkt und
sodann auf das Gate des Feldeffekttransistors FET über einen
Ausgangsstift OUT und einen Widerstand R15 gegeben.
-
Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform
erläutert. Unmittelbar nach dem Einschalten wird die
Eingangsklemme der Brückendiode D7 mit der Wechselspannung aus
der Wechselspannungsquelle AC erregt. Da in diesem Zeitpunkt
der Thyristor Th nicht leitend ist und der gleichgerichtete
Ausgang der Brückendiode D7 allmählich den Glättkondensator
C6 auflädt, tritt kein Einschalt-Spitzenstrom auf, auch wenn
ein Kondensator mit einer verhältnismäßig hohen Kapazität als
Glättkondensator C6 verwendet wird.
-
Wenn die Aufladung des Glättkondensators fortschreitet,
erhöht sich allmählich die Spannung am Kondensator C9.
Unmittelbar nachdem die Spannung eine vorgeschriebene Größe
erreicht, startet die Normalspannungs-Erzeugüngsschaltung REF
und gibt eine Triggerspannung auf das Gate des Thyristors Th
über den Widerstand R10 und den Transistor Tr3, und so wird
der Thyristor Th leitend und schließt den
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R3 kurz. Da in diesem Zeitpunkt
die Aufladung des Glättkondensators C6 nahezu beendet ist,
tritt durch die Aufladung kein Einschaltspitzenstrom auf,
wenn der voll gleichgerichtete Ausgang der Brückendiode D7
auf den Glättkondensator C6 gegeben wird.
-
Da unmittelbar nach dem Start der
Normalspannungs-Erzeugungsschaltung REF der Totzeit-Steuerstift DTC in der
Impulsbreiten-Modulationsschaltung PWM eine allmählich ansteigende
Spannung empfängt, verbreitert sich die Impulsbreite des auf
das Gate des Feldeffekttransistors FET zu gebenden
Steuersignals, und die Spannung an den Glühlampen Z1,Z2 erhöht sich im
Laufe der Zeit. Durch Einstellen der Zeitkonstanten der
Integrationsschaltung, die aus den Widerständen R11,R12 und
dem Kondensator C11 besteht, auf einen Wert, der lang genug
ist, um die Fäden der Glühlampen Z1,Z2 vorzuheizen, kann so
wirksam die Verkürzung der Lebensdauer durch
Einschaltspitzenströme verhindert werden.
-
Unmittelbar nach dem Einschalten des Feldeffekttransistors
FET fließt ein Integrationsstrom in die Glühlampen Z1,Z2 und
die Hochfrequenzinduktivität L2, um den Kondensator C7
aufzuladen. Das nachfolgende Einschalten des Feldeffekttransistors
FET ermöglicht das Abfließen des in der
Hochfrequenzinduktivität L2 gespeicherten Stromes durch die Schwungraddiode D8.
Die Wiederholung eines solchen Einschalt-Ausschaltvorgangs
erzeugt eine Spannung an der Ausgangsklemme der
Glättschaltung, die aus der Hochfrequenzinduktivität L2, der
Schwungraddiode D8 und dem Kondensator C7 besteht, und die Spannung
erregt die Stromreglerschaltung, welche aus den Transistoren
Tr1,Tr2, den Widerständen R4 und R5 besteht, und so kann die
integrierte Nebenschluß- oder Shuntreglerschaltung IC1 in
Betrieb kommen. Danach wird die durch den veränderlichen
Widerstand Vr und den Widerstand R7 geteilte Spannung mit der
Normalspannung verglichen, und die Impulsbreite des
Steuersignals, das auf den Feldeffekttransistor FET gegeben werden
soll, wird schmäler gemacht, wenn die Ausgangsspannung höher
ist als die Normalspannung, während im Gegenteil, wenn die
Ausgangsspannung niedriger ist als die Normalspannung, die
Impulsbreite breiter gemacht wird. Auf diese Weise wird die
Gleichspannung an der Ausgangsklemme auf eine vorgeschriebene
konstante Größe stabilisiert.
-
Wenn im Betrieb ein bestimmter Faktor einen Überstrom in dem
die Glühlampen Z1,Z2 enthaltenden Stromweg hervorruft, wird
eine ungewöhnliche Spannung am Stromabtastwiderstand R13
abgetastet, und die integrierte Schaltreglerschaltung IC2
steuert mit der abgetasteten Spannung die Impulsbreite des
auf das Gate des Feldeffekttransistors FET zu gebenden
Steuersignals, um den Überstrom zu begrenzen.
-
Bei dieser Ausführungsform werde nun die Eingangsspannung für
den Feldeffekttransistor FET und die auf die Glühlampen Z1,Z2
zu gebende Gleichspannung als "Ei" bzw. "Eos" bezeichnet und
ferner werde die durchschnittliche Ei als "Eiav" bezeichnet.
Die Einschaltspannungs-Erzeugungsschaltung gemäß dieser
Ausführungsform hebt den Einschalt-Ausschaltvorgang auf,
falls Ei(Eos und kommt in einen analogen Modus, während im
Fall von Eiav)Eos die Schaltung in Schaltmodus übergeht. In
dazwischenliegenden Fall, insbesondere wenn Eiav annähernd
gleich Eos ist, kommt die
Einschaltspannungserzeugungsschaltung in einen kontinuierlichen Schaltmodus. Wenn
beispielsweise Eos auf etwa 116 V gesetzt wird, und eine oder mehrere
60W-Glühlampen mit einer Nennspannung von 100 V die Last
bilden, dann erzielt die
Einschaltspannungserzeugungsschaltung einen sehr hohen und nahezu gleichmäßigen
Leistungswirkungsgrad von tatsächlich etwa 94% unabhängig von der Anzahl
der in Betrieb befindlichen Glühlampe (n).
-
Anders wie bei der in Fig.1 gezeigten
Einschaltspannungs-Erzeugungsschaltung mit Vorwärtskonverter erfordert diese
Ausführungsform keine Inverter-Umformer, welche gewöhnlich
den Leistungswirkungsgrad reduzieren und/oder einen
besonderen Gehäuseplatzbedarf haben, und dadurch wird die
Herabseztung der Abmessungen und des Gewichts der
Einschaltspannungserzeugungsschaltung erleichtert.
-
Ferner ist bei dieser Ausführungsform eine Transistoren
Tr1,Tr2 enthaltende Stromreglerschaltung an der
Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung vorgesehen und so ausgebildet,
daß eine konstante Vorspannung gleichmäßig auf die
integrierte Shuntreglerschaltung IC1 vom Einschalten bis zum Erreichen
des stationären Zustands der
Einschaltspannungs-Erzeugungsschaltung gegeben wird. Infolgedessen kann man zum
Lampendimmen die Spannung Eos über einen breiten Bereich
kontinuierlich und glatt ändern, insbesondere im Bereich von etwa
10-116 V, mit anderen Worten etwa 9 - 100% der vollen
Ausgangsspannung, nur durch Betätigen des veränderlichen
Widerstandes Vr.
-
Ferner kann diese Ausführungsform beispielsweise in eine
Einheit zusammengefaßt werden, in der ein halbfester
veränderlicher Widerstand enthalten und so eingestellt ist, daß
die Glühlampen Z1,Z2 eine konstante Gleichspannung empfangen,
wobei ein veränderlicher Widerstand Vr extern derart
vorgesehen ist, daß die auf die Glühlampen Z1,Z2 zu gebende
Gleichspannung durch geeignete Betätigung des veränderlichen
Widerstands kontinuierlich geändert werden kann, oder wobei
interne und externe veränderliche Widerstände so angeordnet und
ausgebildet werden, daß sie mit der Schalteinrichtung frei
austauschbar sind.
-
Insbesondere kann man beispielsweise durch Anwenden der
folgenden Anordnung ein Lampendimmen nur durch geeignetes
Anbringen eines externen veränderlichen Widerstandes Vr2
außerhalb der Einheit und Betätigen des veränderlichen
Widerstandes Vr2 zum Verändern der auf die Glühlampen Z1,Z2,Z3 zu
gebenden Gleichspannung erzielen: wie in Fig.3 gezeigt, sind
eine erste Schaltung, die aus einer integrierten
Shuntreglerschaltung IC1 und einer aus einem Widerstand R16 und einem
veränderlichen Widerstand Vr1 bestehenden Ausgangsspannungs-
Abtastschaltung besteht, und eine zweite Schaltung, die aus
einer weiteren integrierten Shuntreglerschaltung 1C3 und
einer weiteren, aus einem veränderlichen Widerstand Vr2 und
einem Widerstand R17 bestehenden
Ausgangsspannungs-Abtastschaltung besteht, parallel zueinander an Ausgangsklemmen
X3, X4 einer Einschaltspannungs-Erzeugungsschaltungseinheit
angeschlossen. Der veränderliche Widerstand Vr2 in der letz
teren Ausgangsspannungs-Abtastschaltung ist an der Außenseite
der Einheit abnehmbar befestigt, und die Schaltungskonstanten
in beiden Ausgangsspannungs-Abtastschaltungen sind so
eingestellt, daß, wenn der veränderliche Widerstand Vr2
angeschlossen ist, nur die integrierte Shuntreglerschaltung IC3
eingeschaltet ist, während, wenn der veränderliche Widerstand
Vr2 weggenommen ist, nur die integrierte Shuntreglerschaltung
IC1 eingeschaltet ist.
-
Da übrigens in Abhängigkeit von der Betriebsspannung und der
Zeit, wenn mehrere Glühlampen, gewöhnlich drei oder mehr
Glühlampen mit einer Einschaltspannungserzeugungsschaltung
gemäß Figuren 1 und 2 betrieben werden, die Wärmeerzeugung
der Brückendiode merklich groß wird, ist es unvermeidlich,
Wärmesenken und/oder Brückendioden mit einer unnötig großen
Abmessung oder Leistung zu verwenden. Gleichzeitig führt die
Verwendung dieser Anordnung zu dem Problem, daß der
Spannungsabfall an der Brückendiode und derjenige am
Hauptstromweg des Thyristors Th serienmäßig addiert wird, und dies
behindert die Erzielung einer vergrößerten
Maximalausgangsspannung aus der Einschaltspannungserzeugungsschaltung.
-
Fig.4 zeigt ein Beispiel einer Gleichrichterschaltung für
die Einschaltspannungserzeugungsschaltung, bei der dieses
Problem kaum entsteht.
-
Bei dieser Ausführungsform wird zum Kurzschließen eines
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstandes R3 ein Paar von
Thyristoren Th1,Th2 verwendet. Deren Hauptstromwege sind
nicht parallel zu beiden Klemmen "l","m" des
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstandes R3 geschaltet, sondern
parallel zwischen die Klemme "1" auf der Lastseite des
Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstandes R3 und die Klemmen
"n1", "n2" auf der Wechselstromseite der Brückendiode D7
geschaltet.
-
Infolge dieser Anordnung können unmittelbar nach dem
Leitendwerden des Paares von Thyristoren Th1,Th2 ihre Hauptstromwege
sowohl den Einschaltspitzenstrom-Begrenzungswiderstand R3 als
auch die Diodenelemente im Rückstromkreis der Brückendiode D7
überbrücken. So wird ein Teil des Stromes, der normalerweise
durch die Brückendiode D7 fließt, zu den Hauptstromwegen der
Thyristoren Th1,Th2 kurzgeschlossen, und dies verringert die
Wärmeerzeugung durch die Brückendiode D7 und vermeidet das
Erfordernis von Brückendioden mit einem unnotig großen
Leistungsvermögen als Brückendiode D7 sowie von Wärmesenken
mit einer unnötig großen Abmessung.
-
Da in diesem Fall die Hauptstromwege der Thyristoren Th1,Th2
parallel zu den Diodenelementen im Rückstromkreis der
Brückendiode D7 geschaltet sind, steigen der Spannungsabfall an
der Brückendiode D7 und diejenigen an den Thyristoren Th1,Th2
teilweise parallel miteinander, steigen jedoch nicht
serienartig, wie es in der Gleichrichter- und Glättschaltung der
Figuren 1 und 2 der Fall ist. So hat diese Ausführungsform
den Vorteil, daß sie die maximale Ausgangsspannung der
Einschaltspannungserzeugungsschaltungen erhöht.
-
Das Licht dieser Ausführungsform hat eine Farbtemperatur
gewöhnlich von etwa 2900 K oder darüber, zweckmäßigerweise im
Bereich von etwa 2950 - 3100 K, das darüber hinaus nicht
flackert, natürlich, in den Farberzeugungseigenschaften
überlegen und angenehm für die Augen ist, und dies macht
diese Ausführungsform brauchbar für verschiedene Leuchtkörper
mit Verwendung einer oder mehrerer Glühlampen.
-
Die Einschaltspannungserzeugungsschaltung gemäß dieser
Ausführungsform kann vorteilhaft in anderen elektrischen
Anlagen und Geräten angewendet werden, welche eine
verhältnismäßig hohe stabilisierte Gleichspannung erfordern,
beispielsweise Staubsaugern, Ventilatoren, Klimaanlagen und
elektrischen Gebläsen sowie in Leuchtkörpern.
-
Da, wie oben beschrieben, bei dieser Erfindung Glühlampen mit
einer Spannung betrieben werden, die ihre Nennspannung
übersteigt, kann man über lange Zeitperioden ein Licht mit einer
Farbtemperatur von etwa 2900 K oder darüber,
zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 2950 - 3100 K, erzielen, das nicht
flackert, natürlich, überlegen in den
Farberzeugungseigenschaften, angenehm für die Augen und infolgedessen sehr
brauchbar für die Beleuchtung ist.
-
Da ferner diese Erfindung eine
Einschaltspannungserzeugungsschaltung verwendet, hat sie die Eigenschaften, daß:
-
(i) die Spannungsquelle einfach verkleinert werden kann,
da ihr Leistungswirkungsgrad hoch ist;
-
(ii) zwei oder mehrere Glühlampen bequem mit einer
Spannungserzeugungsschaltung betrieben werden können;
-
(iii) die Ausgangsspannung konstant gehalten werden kann,
auch wenn die Eingangsspannung und/oder der
Laststrom sich ändern, da sich die Spannungsregelung in
einfacher Weise erzielen läßt;
-
(iv) die Verkürzung der Lebensdauer von Glühlampen und
die Beschädigung von Schaltungselementen wirksam
verhindert werden kann, da sich eine
Weicheinschaltfunktion leicht erreichen läßt;
-
(v) das Lampendimmen in einfacher Weise durch
kontinuierliche oder stufenweise Änderung der
Ausgangsspannung erreicht werden kann; und
-
(vi) der Leistungswirkungsgrad sich nicht stark ändert,
auch wenn sich die Belastungsleistung ändert.
-
Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Leuchtkörper
vorteilhaft verwendet werden zur Beleuchtung von verschiedenen
Häusern, Anlagen und Einrichtungen, wie eine Bibliothek, eine
Schule, ein Studio oder Atelier, einen Schönheitssalon, ein
Krankenhaus, eine Fabrik, ein Büro, ein "Rhyokan", ein Hotel,
ein Restaurant, eine Banketthalle, eine Hochzeitshalle, eine
Konferenzhalle, ein Geschäft, ein Laden, ein Supermarkt,
ein Einzelhandelsgeschäft, ein Kunstmuseum, ein Museum, eine
Konzerthalle, eine Halle, ein Flugzeug, ein Fahrzeug, ein
Schwimmbecken, eine Sporthalle, eine Geflügelfarm, eine
Fischfarm und eine Pflanzenfabrik.
-
Da ferner das Licht aus dem erfindungsgemäßen Leuchtkörper
natürlich ist und näher an morgendlichem Sonnenlicht liegt
und bei der Verhinderung und Behandlung von Krankheiten sehr
wirksam ist, z.B. visueller Ermüdung, Pseudomyopie,
Asthenopie und Depression, sowie bei der Verbesserung des Wachstums
und der Produktivität von Tieren und Pflanzen, kann der
Leuchtkörper vorteilhaft als physikalisch-therapeutisches
Gerät zu Hause und in Krankenhäusern, wie im Hospital oder in
der Klinik, sowie als Beleuchtungsmittel für Farmen und
Fabriken, wie Geflügelfarm, Fischfarm und Pflanzenfabrik,
angewendet werden.
-
Die Erfindung, die solche bemerkenswerten Wirkungen erzielt,
trägt stark zur Verbesserung der Technik bei.