DE19629207A1 - Compact fluorescent lamp brightness control method - Google Patents
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Abstract
Description
Leuchtstoff-Kompaktlampen haben die nachteilige Eigenschaft, daß sie nicht wie Glühlampen mit normalen Dimmern stetig abgedunkelt werden können.Fluorescent compact lamps have the disadvantageous property that they do not like Incandescent lamps can be darkened continuously with normal dimmers.
Um die Helligkeit in Räumen trotzdem in einfacher Weise reduzieren zu können, wurden bisher Schaltungen vorgeschlagen, welche einzelne oder Gruppen von Lampen abschalten.In order to be able to reduce the brightness in rooms in a simple manner, Circuits have been proposed so far, which individual or groups of Switch off lamps.
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.To make operation easier, German Patent DE 40 37 948 an arrangement described, the short interruptions of the current alternately switched to two bistable switching states of the compact lamp tet. This arrangement has been put into practice, but is not satisfactory as it not sufficient with the function of a continuously adjustable dimmer is comparable.
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.The object of the invention is to provide a method which is in operation is extremely simple and requires no additional installation work on everyone Burning point replaced conventional incandescent or fluorescent lamps.
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.According to the invention, this is achieved by controlling the brightness fluorescent compact lamps made of a fluorescent coated Gas discharge vessel and an electronics connected to it fixedly or releasably ballast exist, combined with a logic circuit based on short interruption of the power supply responds and the control of the Hellig speed of the compact lamp influences such that three or more brightness levels cyclically controlled by the logic circuit with each power interruption will.
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.Such a circuit is easier to use than a dimmer because it is precise Brightness defined and sufficient with 3 levels in most cases is.
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.A cyclical brightness control could e.g. B. always when switching on for the first time set the full brightness value and switch to the the next lower number of lumens reduce the brightness.
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.It is advantageous to release the gas after every interruption of the power supply Ignite the jar again at full power and only after ignition the brightness of the compact lamp to the next level provided in the cycle regulate. This measure guarantees proper ignition, which is dimmed performance is not always the case.
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.The reduction in brightness can be carried out comfortably for the eye, If the brightness after ignition does not suddenly, but gradually the desired value drops.
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.If you want to skip a brightness level in the cycle, what about a double short interruption of the power supply is possible, so according to the invention a direct step forward by two stages in the cyclical sequence without two ignition of the gas discharge vessel can be provided.
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. It is also essential that the reduction in brightness or lamp current by changing the frequency and / or the duty cycle of the con later. The usual leading edge or trailing edge in dimmers controls would be too complex and would lead to additional radio interference.
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.For cost reasons, it is advisable not to swing the converter as self-oscillating the circle, but in a known way as an externally controlled "master-slave" scarf device in which the logic circuit only has to control the "master" and the "slave" follows depending on it.
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.For practical use it is also essential that after a long shutdown device a "reset" of the logic circuit takes place, so that the next time switch the lamp always starts at full brightness.
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.The methods described above do it especially in their combina tion possible, a simple logic circuit with at least three stable Switching states, which are cyclically activated with every power interruption, can be integrated directly into the electronic ballast. Because with a "master slave "circuit, the" master "is only controlled at a fixed potential, Almost all components of the logic circuit can be integrated in one chip. Especially enormous miniaturization is possible with a digital circuit.
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.The design is particularly suitable for a compact lamp according to the invention tion of the gas discharge vessel in the form of a double spiral, which better Dimming properties as gas discharge vessels, which consist of several individual U-shaped arches with several disturbing cross-sectional constrictions exist that cause adverse ignition properties.
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.In the following, the concept of the invention is to be illustrated using schematic examples play are explained. The examples are in no way restrictive sen, but they are suitable, the importance of the invention over the state to emphasize the technology.
Fig. 1 ist ein zeitliches Funktionsdiagramm zwischen Stromfluß und Helligkeit. Fig. 1 is a timing diagram between current flow and brightness.
Fig. 2 ist ein Beispiel weiterer Funktionen. Figure 2 is an example of other functions.
Fig. 3 zeigt schematisch das Zusammenwirken zwischen einem Logik-Schaltkreis und den Bauteilen einer Leuchtstoff-Kompaktlampe. Fig. 3 shows schematically the interaction between a logic circuit and the components of a fluorescent compact lamp.
Fig. 4 zeigt den optimalen Aufbau einer erfindungsgemäßen Leuchtstoff-Kom paktlampe mit einem doppelt gewendelten Gasentladungsgefäß. Fig. 4 shows the optimal structure of a fluorescent compact lamp according to the invention with a double-coiled gas discharge vessel.
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.The method according to the invention for brightness control of fluorescent compact lamps can be simply described with reference to FIG. 1:
The lower diagram in Fig. 1 shows the switching on and off of the power switch ( 1 ). These positions of the power switch ( 1 ) are shown in the diagram with the internationally standardized markings.
Im oberen Teil der Fig. 1 sind die verschiedenen Helligkeitswerte und ihre Folge dargestellt. In diesem Beispiel bedeutenThe various brightness values and their sequence are shown in the upper part of FIG. 1. In this example mean
- 2 . . . höchste Helligkeit 2nd . . highest brightness
- 3 . . . mittlere Helligkeit 3rd . . medium brightness
- 4 . . . geringe Helligkeit. 4th . . low brightness.
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.When comparing the switch-on diagram with the brightness diagram, there is a delay in brightness compared to switching on at point ( 7 ) when switching on for the first time. Such a delay arises from the preheating of the heating filaments necessary for fluorescent lamps, which should only have reached a certain temperature before the ignition of the gas discharge is initiated. This "preheating" can be omitted, but causes a reduction in the life of the lamp.
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). At point ( 5 ) z. B. switched off briefly by hand and switched on again, which according to the invention triggers a switching of the logic circuit into the next brightness level. In the brightness diagram, however, this average brightness level ( 3 ) is not reached immediately, but when it is switched on again at point ( 5 ), the ignition is set to "full brightness" and only then, as shown at point ( 6 ), is it reduced to the medium one Brightness value ( 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.The situation is similar at the next interruption point ( 5 ), where the low brightness level ( 4 ) is cyclically activated after switching on again, but only after re-ignition at full brightness.
An der nächsten Unterbrechungsstelle (5) wird zyklisch wieder die volle Helligkeit (2) angesteuert und der Zyklus ist abgeschlossen.At the next interruption point ( 5 ), the full brightness ( 2 ) is cyclically activated again and the cycle is completed.
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).After a longer shutdown ( 9 ) takes place after a specified time, for. B. 5 seconds, a "reset", ie a resetting of the logic circuit and there is a new ignition, as shown at the beginning of the diagram, with a preheating delay ( 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. Fig. 2 shows further examples of the control of different brightness levels. In the course of time, the delay due to preheating can be recognized at point ( 7 ), after which the full brightness ( 2 ) is only reached. The two short interruptions at point ( 8 ) mean that after the first interruption the lamp is not yet ignited, but only after the second interruption at point ( 6 ) the desired brightness level ( 4 ) is initiated with full power. The oblique course of the descending flank at the point ( 6 ) reflects the gradual reduction in brightness that is pleasant to the eye. At the next short interruption at point ( 5 ), the full power is activated again. When interrupted at the next point ( 5 ), as already shown in Fig. 1, the brightness is reduced to level ( 3 ), from which, as with all other brightness values, one can switch off immediately for a longer pause ( 9 ) to be provided.
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. At points ( 13 ) it is shown that with very short interruptions, such as can occur in the event of a power failure, there is a short interruption in the light, but that in such a case the logic circuit does not respond, ie not to another brightness level toggles.
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.Since network interruptions are usually far below 50 ms, it is recommended a response delay of the logic circuit between 20-50 ms ahead see. This response delay naturally applies to all brightness levels values.
In Fig. 3 ist das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile einer erfindungsge mäßen Leuchtstoff-Kompaktlampe dargestellt.In Fig. 3, the interaction of the individual components of a fluorescent compact lamp according to the invention is shown.
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.From the AC network (NN) the DC power supply ( 11 ) with its rectifiers ( 24 ) is supplied with power via the power switch ( 1 ). The main task of the direct current power supply ( 11 ) is to supply the converter ( 10 ) with direct current via the lines ( 14 ), which generates a high-frequency voltage from direct current, as is required for the gas discharge vessel ( 18 ).
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.There are a myriad of known converter circuits that produce the high-frequency alternating voltage either by oscillation or by external control. In Fig. 3, a so-called "master-slave" circuit is shown schematically, which is characterized in that only the Mosfet ( 20 ) has to be controlled and the circuit-symmetrical Mosfet ( 21 ) is forced into the reverse Schaltzu state.
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.The Mosfet ( 20 ) is controlled via the lines ( 22 , 23 ) by the logic circuit ( 12 ), which can be built up by a single IC (integrated circuit) ( 30 ), especially in the case of digital design. The logic circuit ( 12 ) receives over the lines ( 15 ), which are connected immediately after the network contact ( 1 ), the information necessary for him whether a short or long power interruption occurs.
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. Of course, the information about the power interruption can also be queried elsewhere, either in the DC power supply ( 11 ) or in the converter ( 10 ), insofar as recognizable switch-off pulses occur in these parts when the power switch ( 1 ) is actuated.
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).At the output of the converter ( 10 ) the current flow in a gas discharge vessel ( 18 ) with heated cathodes ( 17 ) is shown schematically. During the preheating, the high-frequency current supplied by the converter ( 10 ) flows via the lines ( 16 ) through the heated cathodes ( 17 ) and the capacitor ( 19 ). Since the voltage applied to the cathodes ( 17 ) is relatively high, a high pre-heating current flows. After ignition, the voltage in the gas discharge vessel collapses and only a small post-heating current flows through the capacitor ( 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. Fig. 4 shows an example of an embodiment of a fluorescent compact lamp according to the invention with double filament, which is particularly suitable because of its better ignition properties for dimming, since there are no constrictions in welded joints, as they arise in the otherwise usual fluorescent lamps that several U-bends are melted together into a single gas discharge vessel.
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.The housing ( 26 ) is sufficient to accommodate the electronic components. If it is not possible to accommodate all the parts in the housing ( 26 ), it is possible to arrange them in the additional volume ( 28 ), which can lie between the ends ( 29 ) of the gas discharge vessel or within the coil ( 25 ) . The interior of the thread ( 27 ) is also available if necessary.
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.The schematic explanations and descriptions in FIGS . 1 to 4 prove the great technological progress of a multi-stage dimming. For a finer gradation, four, five or multi-stage circuits can be implemented using the same method. In this regard, the illustrations and descriptions are in no way limiting.
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.According to the new process, it is not only possible to turn on individual compact lamps set different brightness values, but if there are several lamps are connected in parallel to a power switch, also a large number of lamps at the same time to influence in their brightness.
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