DE102009050203B4

DE102009050203B4 - Vorrichtung mit einer Unterdrückungsschaltung eines Restlichts

Info

Publication number: DE102009050203B4
Application number: DE102009050203A
Authority: DE
Inventors: Dr. Biebersdorf Andreas; Dr. Oberschmid Raimund
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: DE102009050203A1

Abstract

Vorrichtung mit einer Unterdrückungsschaltung (101, 305, Cp) eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements (S2, 102, 304) aktivierbar oder deaktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückungsschaltung eine gegenphasige Kompensationsleitung umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere eine Leuchte, eine Lampe, eine Fassung oder ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Unterdrückungsschaltung eines Restlichts.
Neue energiesparende Leuchten mit LED-Chips zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Glühlampen auch dadurch aus, dass sie bereits bei kleinen Strömen zum Leuchten angeregt werden. Beim Einsatz solcher Leuchten in der üblichen Hausinstallation mit typischen Leitungslängen von einigen Metern zu den Schaltern ergeben sich Leitungskapazitäten von einigen hundert Picofarad, die bewirken, dass die Leuchten auch im ausgeschalteten Zustand deutlich sichtbar leuchten (”Geisterlicht”).
Dieses Leuchten kann erwünscht, z. B. als zusätzliches Orientierungslicht, oder aber auch als störend empfunden werden. Eine Vorrichtung zur Unterdrückung unerwünschten Restlichts ist beispielsweise aus der GB 2 175 465 A bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das beschriebene ”Geisterlicht” mit möglichst geringen zusätzlichen elektrischen Verlusten auf einfache Weise zu unterdrücken.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung angegeben mit einer Unterdrückungsschaltung eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements aktivierbar oder deaktivierbar ist und die Unterdrückungsschaltung eine gegenphasige Kompensationsleitung umfasst.
Die gegenphasige Kompensationsleitung ist insbesondere zu- bzw. abschaltbar ausgeführt.
Ebenso wird eine Vorrichtung angegeben mit einer Unterdrückungsschaltung eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements aktivierbar oder deaktivierbar ist und eine Schirmung, die zu- bzw. abschaltbar ausgeführt ist, umfasst.
Beispielsweise kann die Kontaktierung der Schirmung mit dem N-Leiter schaltbar ausgeführt sein.
Weiterhin wird eine Vorrichtung angegeben mit einer Unterdrückungsschaltung eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements aktivierbar oder deaktivierbar ist und eine Kapazität aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einem Leuchtmittel geschaltet ist.
Insbesondere ist diese Kapazität in Reihe mit einem Schalter angeordnet.
Bei der Unterdrückungsschaltung handelt es sich um eine Schaltung zur Beeinflussung eines Restlichts der Lampe, das auch in einem abgeschalteten Zustand der Lampe – insbesondere bei Dunkelheit – noch wahrnehmbar ist. Dieses Restlicht wird vorliegend auch als ”Geisterlicht” bezeichnet.
Eine Weiterbildung ist es, dass die Vorrichtung eine Lampe oder eine Leuchte ist.
Hierbei sei angemerkt, dass die Lampe ein Leuchtmittel, z. B. eine Retrofit-Lampe sein kann. Die Vorrichtung kann auch eine Leuchte mit mindestens einem Leuchtmittel sein. Insbesondere kann die Lampe oder Leuchte mindestens ein Halbleiterleuchtelement, z. B. LED oder LED-Chip, umfassen.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Vorrichtung eine Fassung für eine Lampe ist.
Bei dem Schaltelement kann es sich um einen Taster oder um einen Schalter handeln. Insbesondere kann das Schaltelement als ein elektronischer und/oder mechanischer Schalter ausgeführt sein.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass das Schaltelement ein Einmalschalter, insbesondere ein herausziehbarer Isolatorstreifen, ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 eine Lampe mit einer Lichtquelle, z. B. in Form eines LED-Chips, der eine Geisterlichtunterdrückungsschaltung GLU vorgeschaltet ist, wobei die GLU mittels eines Schalters überbrückbar ausgeführt ist;
2 eine Fassung (z. B. als eine Adapterfassung mit einem Parallelkondensator ausgeführt) zur Aufnahme einer Lampe, wobei die Fassung die GLU umfasst, die der Lampe vorgeschaltet ist;
3A eine übliche Installation einer Lampe mit einem Schalter, die an einem L-Leiter und einem N-Leiter angeschlossen sind;
3B eine erfindungsgemäße Installation einer Lampe, die von dem Schalter über eine abgeschirmte Leitung verbunden ist;
4 eine schematische Schaltung einer Lampe, z. B. einer LED-Lampe, die über eine Leitung mit einer Leitungskapazität mit einem Stromnetz verbunden ist, wobei ein Parallelkondensator vorgesehen ist zur Unterdrückung des Geisterlichts;
5 eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung eines Schalters S₂ zum Zu- bzw. Abschalten der Parallelkapazität;
6 eine beispielhafte Schaltung einer Leuchte mit einer elektronischen Stromunterbrechung in Form eines gesteuerten Schützes.
Die hier vorgeschlagene Lösung ermöglicht insbesondere ein fast verlustfreies (konstruktiv oder mittels Schalter oder Codierung) Zu- oder Abschalten eines ”Geisterlichts” einer Leuchte oder Lampe mit einem guten Wirkungsgrad auch bei kleinsten Strömen. Vorteilhaft ist hierbei beispielsweise der Einsatz von Lampen mit Leuchtdioden-Chips (LEDs).
Bei dem Geisterlicht handelt es sich um ein wahrnehmbares Licht einer ausgeschalteten Lampe oder Leuchte. Das Geisterlicht kann wahlweise unterdrückt werden. Insbesondere kann der hier als Geisterlicht bezeichnete Effekt in bestimmten Anwendungen ausdrücklich erwünscht sein, z. B. als Orientierungslicht in einem Kinderzimmer.
Hierzu kann die Lichtquelle ein Element zur Unterdrückung des Geisterlichts umfassen. Dieses Element kann wahlweise abschaltbar ausgeführt sein, z. B. mittels eines Schalters, insbesondere mittels eines funktionalen Einmalschalters (z. B. durch einen herausziehbaren Isolatorstreifen).
1 zeigt eine Lampe 104 mit einer Lichtquelle 103, z. B. in Form eines LED-Chips, der eine Geisterlichtunterdrückungsschaltung GLU 101 vorgeschaltet ist. Die GLU 101 ist mittels eines Schalters 102 überbrückbar ausgeführt.
Das Element zur Unterdrückung des Geisterlichts kann als ein Teil eines Lampensockels, insbesondere als ein Lampensockel-Zwischenstück ausgeführt sein. Optional kann ein Schalter vorgesehen sein, um die Unterdrückung des Geisterlichts zu aktivieren oder zu deaktivieren.
2 zeigt eine Fassung 201 (z. B. als eine Adapterfassung mit einem Parallelkondensator ausgeführt) zur Aufnahme einer Lampe 202. Die Fassung 201 umfasst hierbei die GLU 101, die der Lampe 202 vorgeschaltet ist. Die GLU 101 ist mittels des Schalters 102 überbrückbar ausgeführt.
Auch ist es eine Möglichkeit, dass das Element zur Unterdrückung des Geisterlichts abgeschirmte Leitungen oder gegenphasig-beschaltete Kompensationsleitungen umfasst. In dieser Ausführungsform kann das Geisterlicht durch Zuschalten bzw. Öffnen der Abschirmung an den Neutralleiter oder durch zu- bzw. abschalten der Kompensationsleitungen schaltbar unterdrückt werden.
3A zeigt eine Installation einer Lampe 301 mit einem Schalter 302, die an einem L-Leiter und einem N-Leiter angeschlossen sind. Der Übersicht halber ist in 3A noch der Schutzleiter SL angedeutet. In der Schalterzuleitung befindet sich eine Leitungskapazität (C_L) 303.
3B zeigt eine alternative Installation der Lampe 301, die mit dem Schalter 302 über eine abgeschirmte Leitung 305 verbunden ist. Ist die Abschirmung 305 der Leitung mit dem N-Leiter verbunden, wird das Geisterlicht unterbunden, anderenfalls kann die Lampe 301 auch bei abgeschaltetem Schalter 302 nachleuchten. Die Abschirmung 305 der Leitung kann mittels eines Schalters 304 mit dem N-Leiter verbunden oder von diesem getrennt werden.
Eine Abschirmung kann entsprechend auch mit einer gegenphasigen Kompensationsader erfolgen, die vorzugsweise zu- bzw. abschaltbar ausgeführt ist. So könnte eine schaltbare Kompensationsleitung mit einer gegenphasigen Spannung in einer Schaltzuleitung zusätzlich angeordnet sein. Beispielsweise kann in einem Dreiphasennetz diese gegenphasige Spannung aus den beiden anderen Phasen erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Geisterlicht zusätzlich zentral von der Hausinstallation ”geschaltet”, also wahlweise unterdrückt oder nicht unterdrückt werden kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Parallelkondensator C_P der Leuchte vorzuschalten. 4 zeigt eine beispielhafte Schaltung.
Der L-Leiter ist über eine Leitung mit einer Leitungskapazität C_L und einen Schalter S₁ mit einem Anschluss 402 einer Lampe 401 verbunden. Der Anschluss 402 ist über eine Spule L_R mit einem Knoten 404 verbunden, der über einen Kondensator C_R mit einem Gleichrichter 405 und mit einem Pol eines Varistors R_var verbunden ist. Der andere Pol des Varistors R_var ist mit einem Anschluss 403 der Lampe 401 verbunden.
Der N-Leiter ist mit dem Anschluss 403 verbunden, der weiter mit dem Gleichrichter 405 verbunden ist. Der Knoten 404 ist über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C_P und einem Schalter S₂ mit dem Anschluss 403 verbunden. Weiterhin ist der Knoten 404 über einen Widerstand R_P mit dem Anschluss 403 verbunden.
Über den Schalter S₂ ist die Funktion des Geisterlichts zu- bzw. abschaltbar.
Die von dem Gleichrichter 405 gleichgerichtete Spannung liegt parallel an einem Kondensator C₂ sowie beispielsweise an zwei Strängen von je n in Reihe geschalteten LEDs. An den LEDs fällt eine Spannung U_LED ab.
Der Wert des Kondensators C_P ist vorzugsweise so zu bemessen, dass die maximale Scheitelspannung, die sich am den Klemmen der Lampe 401 aufbauen kann, unterhalb der Einsatzspannung der LED-Reihenschaltung U_LED liegt. Das kann erreicht werden, indem der Parallelkondensator C_P größer als das Produkt aus der (maximal zu berücksichtigenden) Schalter-Leitungskapazität C_L mal dem Verhältnis der Netzscheitelspannung zur Einsatzspannung U_LED der LED-Reihenschaltung ist.
Die Induktivität L_R (Seriendrossel) kann zur Begrenzung von Strömen eingesetzt werden. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Induktivität L_R im normalen Betrieb keine nennenswerte Wirkverlustleistung aufweist und daher den Gesamtwirkungsgrad kaum beeinträchtigt. Beispielsweise kann die Induktivität L_R einen Wert von 6 mH aufweisen, um einen Stromstoß von 1 kV, 20 μs Dauer und kleiner als 3 A zu begrenzen. Vorzugsweise ist die Spule dann als Luftspule oder mit einem erheblichem Eisenquerschnitt ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann bei Lampen kleiner elektrischer Leistung (unterhalb von ca. 50 W) auch ein hochstrompulsfester Widerstand R_R von z. B. 30 Ohm und Ca. 1,5 W Dauerbelastbarkeit eingesetzt werden.
Auch kann der Varistor R_var zur Strombegrenzung eingesetzt werden.
In der beispielhaften Schaltung gemäß 4 kann der Varistorwiderstand R_var zum Schutz vor Überspannungen auch des Serienkondensators C_R auch links (auf die Netzseite) dieses Serienkondensators C_R (also parallel zu dem Widerstand R_P) angeordnet sein.
Der Widerstand R_P dient der Entladung beim Wechseln der Lampe bei anliegender Spannung. Soll ein nahezu vollständiges Entladen beispielsweise innerhalb von 4 s erreicht werden, so kann der Widerstand R_P z. B. in der Größenordnung von 1–6 MOhm dimensioniert werden. Der widerstand R_P kann entfallen, falls die Lampe nur in ausgeschaltetem Zustand gewechselt wird.
Im Beispiel von 4 ergibt sich mit C_L = 500 pF, 12 LEDs, U_LED = 36 V (12 LEDs, die mit je 3–4 V Flussspannung in Reihe geschalten sind) die erforderliche Parallelkapazität C_P zur Deaktivierung des Geisterlichts zu etwa 6 nF.
Eine höhere Parallelkapazität C_P beugt größeren Leitungslängen zum Schalter vor, so dass auch bei entsprechend längeren Leitungen das Geisterlicht wirksam unterdrückt werden kann.
Das Geisterlicht kann auch unterdrückt werden mit Schaltungen, die z. B. zur Underdrückung von Störungen zur Einhaltung einer benötigen elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) einsetzbar sind und die bei zu geringer Leistungsentnahme die Leitung ganz potentialfrei schalten und z. B. mit kleinen Hilfsspannungen oder nur kurzzeitig wiederholt mit kleinen Spannungen testen, ob sich ein Verbraucher zuschaltet.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung eines Schalters S₂ zum Zu- bzw. Abschalten der Parallelkapazität C_P. Hierzu ist ein Plastikstück 501 als isolierendes Element zwischen zwei z. B. vorgespannten, federnd gelagerten elektrischen Kontakten 502, 503, angeordnet. Wird das Plastikstück 501 entfernt, stellen die Kontakte 502, 503 eine elektrische Verbindung her und aktivieren somit die Parallelkapazität C_P. Damit kann das Geisterlicht (z. B. vorübergehend) unterdrückt werden. Das Plastikstück 501 kann z. B. als eine Folie ausgeführt sein. Auch ist es möglich, dass das Plastikstück wieder einschiebbar ausgeführt ist. Ansonsten sind in 5 symbolisch eine serielle Kapazität C_R, ein Gleichrichter 504, sowie ein LED-Strang 505 gezeigt. Die übrige Schaltung des Vorschaltgerätes ist in 5 lediglich schematisch angedeutet.
6 zeigt eine beispielhafte Schaltung nach dem Stand der Technik einer Leuchte mit einer schematisch angedeuteten elektronischen Stromunterbrechung 901 in Form eines gesteuerten Schützes. Die Leuchte umfasst Anschlüsse 904, 905, wobei der Anschluss 904 über eine Reihenschaltung aus einem widerstand R₁ und einem Kondensator C₁ mit dem Anschluss 905 verbunden ist. Der Mittenabgriff dieser Reihenschaltung ist über einen Diac T₁ mit einem Gate-Anschluss eines Triacs T₂ verbunden. Der Anschluss 904 ist über den Triac T₂ und über einen Kondensator C_R mit einem Gleichrichter 902 verbunden. Weiterhin ist der Anschluss 905 mit dem Gleichrichter 905 verbunden.
Die von dem Gleichrichter 905 gleichgerichtete Spannung liegt parallel an einem Kondensator C₂ sowie an einem Strang 903 aus n in Reihe geschalteten LEDs. An den LEDs fällt eine Spannung U_LED ab.
Erst ab einer bestimmten Mindestspannung an den Anschlüssen 904, 905, z. B. 170 ACV, leitet die Schaltung 901 den Strom fast verlustfrei (niederohmig) an den in Reihe geschalteten Kondensator C_R. Unterhalb dieser Eingangsspannung soll die Schaltung 901 den Stromfluss fast völlig unterbrechen, das heißt sie wird zwischen dem Anschluss 904 und dem Kondensator C_R hochohmig und weist dabei auch lediglich eine geringe Verlustleistung auf.
Anstelle des vorstehend beschriebenen parallelen Kondensators C_P zur Unterdrückung des Geisterlichts könnte prinzipiell auch eine parallele Induktivität L_P oder ein paralleler Widerstand R_P eingesetzt werden. Auch Kombinationen der vorstehenden Komponenten zur Unterdrückung des Geisterlichts sind möglich.
Eine parallele Induktivität sollte im eingeschalteten Zustand die volle Spannung aufnehmen können mit einem zusätzlichen Magnetisierungsstrom, der nicht viel größer ist als der Strom, den die Lampe sonst benötigt.
Insgesamt erweist sich die Verwendung einer parallelen Kapazität auch aus energetischen Gesichtspunkten als vorteilhaft, weil z. B. sowohl im ein- als auch im ausgeschalteten Zustand der Lampe nur geringe Verluste auftreten.
Ergänzend sei erwähnt, dass die hier vorgeschlagene kapazitive Realisierung energetische Vorteile aufweist.
Wärmeverluste des gesamten Vorschaltgeräts, umfassend im wesentlichen den Serienkondensator C_R und den Brückengleichrichter, berechnen sich näherungsweise aus den Verlusten des Kondensators und den Spannungsabfällen an den Dioden des Brückengleichrichters zu 2·0,7 V = 1,4 V im Verhältnis zur effektiven Wechselspannung 230 V. Es resultieren soweit also Verluste von 1,4 V/230 V = 0,6%.
Da die Verluste von Kondensatoren sehr gering sind (in der Regel unter 0,001 von der Scheinleistung I·Uc, die möglicherweise 3- bis 5-mal höher als die übertragene Wirkleistung sein kann) belaufen sich die Verluste der Kondensatoren auf maximal 500%·0,001 = 0,5% und die Verluste des gesamten Vorschaltgerätes ergeben sich zu lediglich 0,6% + 0,5% = 1,1%.
Auch die erforderlichen Serienwiderstände R_R zur Begrenzung des Einschaltstromstoßes im Netzspannungsmaximum oder bei Störpulsen verursachen bei sorgfältiger Auslegung und zugelassenen Einschaltstrompulsen vom ca. dem hundertfachen des Betriebsstromes nur Zusatzverluste unterhalb von 5%.
Bezugszeichenliste

101: Geisterlichtunterdrückungsschaltung GLU
102: Schalter
103: Lichtquelle (z. B. Leuchtdioden)
104: Lampe
201: Fassung
202: Lampe
301: Lampe
302: Schalter
303: Leitungskapazität C_L
304: Schalter
305: Abschirmung der Leitung
N: N-Leiter
L: L-Leiter
SL: Schutzleiter
401: Lampe
402: Anschluss
403: Anschluss
404: Knoten
405: (Brücken-)Gleichrichter
S₁: Schalter
S₂: Schalter
C_L: Leitungskapazität
L_R: Induktivität (Seriendrossel)
C_R: Kapazität (Reihenkapazität)
R_var: Varistor
R_R: (paralleler) Widerstand
C₂: Kapazität
501: Plastikstück
502: federnder elektrischer Kontakt
503: federnder elektrischer Kontakt
504: Gleichrichter
505: LED-Strang (mehrere in Reihe geschaltete LEDs oder LED-Chips)
901: elektronische Stromunterbrechung
902: Gleichrichter
903: LED-Strang
904: Anschluss
905: Anschluss
R₁: Widerstand
C₁: Kondensator
T₁: Triac
T₂: Diac

Claims

Vorrichtung mit einer Unterdrückungsschaltung (101, 305, C_p) eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements (S₂, 102, 304) aktivierbar oder deaktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückungsschaltung eine gegenphasige Kompensationsleitung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenphasige Kompensationsleitung zu- bzw. abschaltbar ist.
Vorrichtung mit einer Unterdrückungsschaltung (101, 305, C_p) eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements (S₂, 102, 304) aktivierbar oder deaktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückungsschaltung eine Schirmung (305) umfasst, die zu- bzw. abschaltbar ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung der Schirmung mit dem N-Leiter schaltend verbindbar ist.
Vorrichtung mit einer Unterdrückungsschaltung (101, 305, C_p) eines Restlichts, bei der die Unterdrückungsschaltung mittels eines Schaltelements (S₂, 102, 304) aktivierbar oder deaktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückungsschaltung eine Kapazität (C_P) aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einem Leuchtmittel geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität in Reihe mit einem Schalter angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung eine Fassung (201) für eine Lampe (202) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung eine Lampe (104) oder eine Leuchte ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement ein Einmalschalter, insbesondere ein herausziehbarer Isolatorstreifen, ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung ein elektronisches Vorschaltgerät ist.