WO2008037292A1 - Emc improvement by means of rf absorption in luminaires and electronic ballasts - Google Patents

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Reinhard Lecheler
Siegfried Mayer
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Abstract

The invention relates to the improvement of the EMC of an electronic ballast or a luminaire with an integrated electronic ballast by means of introducing a radiofrequency-absorbing damping element (F), in particular a ferrite bead.

Description

Beschreibung description
EMV-Verbesserung durch HF-Absorption in Leuchten und EVGsEMC improvement through RF absorption in luminaires and ECGs
Technisches GebietTechnical area
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Leuchte mit integriertem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) und auf ein EVG als solches, bei denen die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessert ist.This invention relates to a lamp with integrated electronic ballast (ECG) and to an electronic ballast as such, in which the electromagnetic compatibility (EMC) is improved.
Stand der TechnikState of the art
Bei Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten und auch bei elektroni- sehen Vorschaltgeräten als solchen kann es zu Störungen im Hochfrequenzbereich, insbesondere zwischen 20 und 30 MHz, kommen. Diese Störungen sind durch Resonanzerscheinungen zwischen geerdeten Metallteilen der Leuchte oder des Vorschaltgerätes und der gerätenahen Umgebung bedingt, wobei die Induktivität der Erdleiterzuleitung (PE) und die kapazitive Kopplung zwischen den Metallteilen des Leuchtengehäuses, des Vorschaltgerätgehäu- ses und der Umgebung eine besondere Rolle spielen. Diese Störungen verschlechtern die EMV-Qualität und können zu Schwierigkeiten bei der Einhaltung von EMV-Anforderungen führen.In the case of luminaires with electronic ballasts and also with electronic ballasts as such, disturbances in the high-frequency range, in particular between 20 and 30 MHz, may occur. These disturbances are due to resonance phenomena between earthed metal parts of the luminaire or the ballast and the device-related environment, wherein the inductance of the Erdleiterzuleitung (PE) and the capacitive coupling between the metal parts of the lamp housing, the ballast housing and the environment play a special role. These disturbances degrade the EMC quality and may lead to difficulties in meeting EMC requirements.
Bekannt sind schaltungstechnische Maßnahmen im EVG zur Minderung sol- eher Störungen, die einen gewissen Aufwand bedeuten.Circuit-technical measures are known in the TOE for the reduction of such disturbances, which mean a certain effort.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Leuchte mit integriertem EVG und ein EVG selbst anzugeben, die eine bzgl. solcher Resonanzerscheinungen im Hochfrequenzbereich verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit zeigen.The invention is based on the technical problem of specifying a luminaire with integrated electronic ballast and an electronic ballast which show an improved electromagnetic compatibility with respect to such resonance phenomena in the high-frequency range.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Leuchte mit integriertem elektronischen Vorschaltgerät, gekennzeichnet durch ein Dämpfungselement aus Hochfrequenzstrahlung absorbierendem Material, das dazu ausgelegt ist, durch Hochfrequenzstrahlungsabsorption Hochfrequenzströme in einer Leitung der Leuchte zwischen einer PE-Anschlussklemme der Leuchte und einem Masseanschluss in der Leuchte zu dämpfen,This problem is solved by a luminaire with integrated electronic ballast, characterized by a damping element High frequency radiation absorbing material designed to attenuate high frequency radiation absorption in a line of the luminaire between a PE terminal of the luminaire and a ground terminal in the luminaire by high frequency radiation absorption,
sowie ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Lampe, gekennzeichnet durch ein entsprechendes Dämpfungselement, das dazu ausgelegt ist, Hochfrequenzströme in einer Leitung des Vorschaltgerätes zwischen einer PE- Anschlussklemme des Vorschaltgerätes und einem Masseanschluss in dem Vorschaltgerät zu dämpfen.and an electronic ballast for a lamp, characterized by a corresponding damping element which is adapted to attenuate high-frequency currents in a line of the ballast between a PE terminal of the ballast and a ground terminal in the ballast.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments are specified in the dependent claims.
Der Begriff "Leuchte" bezieht sich hier übrigens im Unterschied zu dem Begriff "Lampe" nicht auf ein Leuchtmittel als solches, also den für die eigentliche Lichterzeugung zuständigen Verbrauchsartikel, sondern auf eine Beleuch- tungsvorrichtung mit einem oder zur Aufnahme eines Leuchtmittels, also einer Lampe. Eine Leuchte weist also ein Gehäuse und häufig einen Schirm, einen Reflektor, transluzente Abdeckgläser u. Ä. auf.Incidentally, in contrast to the term "lamp", the term "luminaire" here does not refer to a luminous means as such, that is to say the consumables responsible for the actual generation of light, but to an illuminating device with or for receiving a luminous means, ie a lamp , A lamp thus has a housing and often a screen, a reflector, translucent cover glasses u. Ä. on.
Die Grundidee der Erfindung liegt darin, in der Leuchte bzw. in dem Vorschaltgerät ein Dämpfungselement vorzusehen, das durch materialspezifi- sehe hochfrequenzdämpfende Eigenschaften in dem interessierenden Frequenzbereich Hochfrequenzstrahlungsverluste erzeugt und damit störende Resonanzerscheinungen dämpft und in ihrer Amplitude verringert. In Betracht kommen hierbei insbesondere Materialien mit passenden magnetischen Eigenschaften, die durch magnetische HF-Verluste dämpfen können. Dies gilt besonders für ferromagnetische keramische Werkstoffe, insbesondere auch aus Eisenoxid, die auch als Dämpfungsferrite bekannt sind.The basic idea of the invention is to provide a damping element in the luminaire or in the ballast which generates high-frequency radiation losses in the frequency range of interest by material-specific high-frequency damping properties and thus dampens and reduces the amplitude of disturbing resonance phenomena. In particular, materials with suitable magnetic properties that can be attenuated by magnetic HF losses are suitable. This is especially true for ferromagnetic ceramic materials, especially of iron oxide, which are also known as Dämpfungsferrite.
Ein solches Dämpfungselement soll dabei vorzugsweise nicht in den Leiter selbst integriert sein - den Ferriten würde es dazu auch an der Leitfähigkeit fehlen - sondern lediglich in der Nähe des Leiters angebracht sein. Vorzugsweise umgibt das Dämpfungselement den Leiter, indem es sich um einen Körper mit einer Durchtrittsöffnung handelt. In Betracht kommen insbesondere sog. Perlen, also kleine kugelähnliche Körper mit einer Bohrung, Ringe, oder kleine Röhrchen.Such a damping element should preferably not be integrated into the conductor itself - the ferrites would also be due to the conductivity missing - but only be mounted near the head. Preferably, the damping element surrounds the conductor by being a body with a passage opening. Particularly suitable are so-called pearls, ie small spheroidal bodies with a bore, rings or small tubes.
Die zu dämpfende Leitung liegt im Fall des für sich beanspruchten Vor- schaltgerätes zwischen der PE-Anschlussklemme des Vorschaltgerätes und dem Massekontakt an dem Vorschaltgerätegehäuse oder einem entsprechenden Teil davon. Damit müssen die an den Resonanzerscheinungen be- teiligten Leitungsströme durch diese Leitung laufen.The line to be damped is in the case of the claimed ballast between the PE terminal of the ballast and the ground contact on the ballast housing or a corresponding part thereof. Thus, the line currents participating in the resonance phenomena must run through this line.
Im Fall der Leuchte unterscheidet sich die PE-Anschlussklemme der Leuchte insgesamt häufig von der PE-Anschlussklemme des in der Leuchte integrierten Vorschaltgerätes oder weist das Vorschaltgerät möglicherweise auch keine eigene PE-Anschlussklemme auf. Vorzugsweise liegt die von dem Dämpfungselement zu dämpfende Leitung hier zwischen der PE- Anschlussklemme der Leuchte und dem Massekontakt eines für die Resonanzerscheinungen mit verantwortlichen Leuchtengehäuseteils oder des Leuchtengehäuses insgesamt. Kapazitäten, die mit dem Leuchtengehäu- se(teil) verknüpft sind und an den Resonanzerscheinungen teilhaben, bedin- gen dann gedämpfte Ströme durch diese Leitung.In the case of the luminaire, the overall PE terminal of the luminaire differs frequently from the PE terminal of the ballast integrated in the luminaire, or the ballast may not have its own PE terminal. Preferably, the attenuated by the damping element line here is between the PE terminal of the lamp and the ground contact one for the resonance phenomena with responsible luminaire housing part or the lamp housing as a whole. Capacities which are (partially) linked to the luminaire housing and participate in the resonance phenomena then cause damped currents through this line.
Andererseits kann auch ein leitendes Gehäuse des integrierten Vorschaltgerätes an wesentlichen Kapazitäten beteiligt sein, so dass es ebenfalls bevorzugt ist, dass die Leitung zwischen der PE-Anschlussklemme der Leuchte und dem Massekontakt des Vorschaltgerätegehäuses liegt. Bevorzugt ist beides der Fall. Insbesondere kann der Vorschaltgerätemassekontakt zu dem Leuchtengehäuse(teil) erfolgen, so dass schon durch ein Dämpfen der Leitung zwischen der PE-Anschlussklemme der Leuchte und dem Massekontakt an dem Leuchtengehäuse(teil) auch die Ströme zu dem Vorschaltgerätegehäuse mit erfasst sind. - A -On the other hand, a conductive housing of the integrated ballast can be involved in significant capacities, so that it is also preferred that the line between the PE terminal of the lamp and the ground contact of the ballast housing is located. Preferably, both are the case. In particular, the ballast ground contact can be made to the lamp housing (part), so that even by a damping of the line between the PE terminal of the lamp and the ground contact on the lamp housing (part) and the currents are included to the ballast housing. - A -
In allen Varianten der Erfindung ist es grundsätzlich bevorzugt, das Dämpfungselement in die Anschlussklemme zu integrieren. Wenn bislang davon die Rede war, dass das Dämpfungselement eine Leitung zwischen der PE- Anschlussklemme und einem bestimmten Massekontakt dämpfen soll, so meint der Ausdruck "zwischen" den Bereich ab dem eigentlichen Anschlusskontakt für die externe Leitung. Bei der bevorzugten Integration in die Klemme ist gemeint, dass das Dämpfungselement in dem Anschlussklemmenkör- per integriert sein soll, also beispielsweise bei einer üblichen Lüsterklemme in der Nähe des leitenden Stücks zwischen dem Anschlusskontakt für die externe Leitung und dem internen Anschlusskontakt, und zwar insbesondere in einer dieses leitende Stück umschließenden Form. Der Begriff "integriert in" meint hier also, dass das Dämpfungselement in dem Bauteil einschl. seiner isolierenden Halterung enthalten oder gehalten sein soll, so dass es zusammen mit und in der Klemme vom Leuchtenhersteller oder Vorschaltgerä- tehersteller montiert und möglicherweise sogar bereits eingekauft werden kann.In all variants of the invention, it is generally preferable to integrate the damping element in the terminal. If so far it has been said that the damping element should attenuate a line between the PE terminal and a certain ground contact, the term "between" means the area from the actual terminal contact for the external line. In the preferred integration into the clamp is meant that the damping element is to be integrated in the terminal body, so for example in a conventional luster terminal in the vicinity of the conductive piece between the terminal connection for the external line and the internal terminal contact, in particular a form enclosing this conductive piece. The term "integrated in" here means that the damping element in the component including its insulating holder should be included or held so that it can be mounted together with and in the terminal by the lighting manufacturer or ballast manufacturer and may even be already purchased ,
Kurze Besch reibu ng der Zeichnung(en)Brief description of the drawing (s)
Figur 1 - 3 zeigen drei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen mit einer Leuchtenanschlussklemme mit integriertem Dämpfungselement.Figure 1-3 show three circuit arrangements according to the invention with a lamp terminal with integrated damping element.
Figur 4 zeigt ein Störspektrum einer Leuchte mit elektronischem Vor- schaltgerät ohne Dämpfung der hochfrequenten Störungen.FIG. 4 shows an interference spectrum of a luminaire with an electronic ballast without attenuation of the high-frequency interference.
Figur 5 zeigt ein Störspektrum einer Leuchte mit elektronischem Vor- schaltgerät und mit erfindungsgemäßer Leuchtenanschlussklemme mit integriertem Dämpfungselement in der Schaltung nach Figur 1 .FIG. 5 shows an interference spectrum of a luminaire with an electronic ballast and with a luminaire connection terminal according to the invention with an integrated damping element in the circuit according to FIG. 1.
Bevorzugte Ausfüh ru ng der Erfi ndungPreferred embodiment of the invention
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Leuchtenanschlussklemme LK mit integriertem Dämpfungselement F für eine Leuchte mit elektronischem Vorschaltgerät EVG. Das Dämpfungselement F ist eine hochfrequenzabsorbierende Ferritperle und in der Leuchtenan- schlussklemme selbst integriert. Sie liegt dabei auf der leitenden Verbindung zwischen dem Klemmanschlusskontakt für die externe PE-Netzzuleitung ei- nerseits und einer internen Leitung, die zu dem Leuchtengehäuse führt. Das Leitungsstück mit dem Dämpfungselement F ist also zwischen das Leuchtengehäuse und den Erdleiter PE geschaltet, wobei hier das elektronische Vorschaltgerät EVG über das Leuchtengehäuse (oder auch eine Leitung) und schließlich das Dämpfungselement mit dem Erdleiter PE verbunden ist. Bei dieser Schaltungsanordnung absorbiert das Dämpfungselement F das Störspektrum, das aus den Resonanzschwingungen des Leuchtengehäuses und des Gehäuses des elektronischen Vorschaltgerätes, insbesondere aus den kapazitiven Kopplungen zwischen dem Leuchtengehäuse und der Umgebung, resultiert, und dämpft auf diese Art die hochfrequenten Störungen.Figure 1 shows a circuit arrangement according to the invention with a lamp terminal LK with integrated damping element F for a Luminaire with electronic ballast electronic ballast. The damping element F is a high-frequency-absorbing ferrite bead and integrated in the luminaire terminal itself. It lies on the conductive connection between the terminal connection contact for the external PE supply line on the one hand and an internal line leading to the luminaire housing. The line piece with the damping element F is thus connected between the lamp housing and the ground conductor PE, in which case the electronic ballast ECG via the lamp housing (or a line) and finally the damping element is connected to the ground conductor PE. In this circuit, the damping element F absorbs the noise spectrum resulting from the resonant vibrations of the lamp housing and the housing of the electronic ballast, in particular from the capacitive couplings between the lamp housing and the environment, and attenuated in this way the high-frequency interference.
Figur 2 zeigt eine Modifikation der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1. Hier ist die Ferritperle ebenfalls in der Leuchtenanschlussklemme integriert, jedoch nur auf eine PE-Anschlussleitung gesetzt, mit der das Vorschaltgerät EVG über die Leuchtenanschlussklemme an die externe PE-Leitung angeschlossen ist. Das Gehäuse der Leuchte ist entweder, wie gezeichnet, davon unabhängig an die externe PE-Zuleitung angeschlossen oder könnte bei diesem Ausführungsbeispiel auch ganz ohne Massekontakt ausgestaltet sein, beispielsweise im Fall einer Kunststoffleuchte. Hier spielt also die kapazitive Einflussnahme des Leuchtengehäuses keine entscheidende Rolle und ist bei der erfindungsgemäßen Dämpfung nicht berücksichtigt.Figure 2 shows a modification of the circuit arrangement according to Figure 1. Here, the ferrite bead is also integrated in the lamp terminal, but only set to a PE connection cable with which the ballast ECG is connected via the lamp terminal to the external PE line. The housing of the lamp is either, as drawn, independently connected to the external PE supply line or could be configured in this embodiment, even without ground contact, for example in the case of a plastic light. So here the capacitive influence of the lamp housing does not play a decisive role and is not considered in the damping according to the invention.
Umgekehrt ist bei der Variante aus Figur 3 durch die ebenfalls in die Leuchtenanschlussklemme integrierte Ferritperle F lediglich eine leitende Brücke zu der Leitung zu dem Massekontakt des Leuchtengehäuses betroffen. Da das Vorschaltgerät EVG hier im Gegensatz zu der Variante aus Figur 1 über eine Zuleitung zu der Leuchtenanschlussklemme an die externe PE-Leitung angeschlossen ist und diese Zuleitung nicht durch die Ferritperle mit erfasst wird, ist hier der kapazitive Einfluss des EVG-Gehäuses nicht mit berücksichtigt. Er kann in Einzelfällen unwesentlich sein. Es könnte auch, abweichend von der Figur, aufgrund der Erdung des Leuchtengehäuses auf ein leitendes und geerdetes EVG-Gehäuse verzichtet worden sein. Es könnte aber natür- lieh auch eine zweite oder eine gemeinsame Ferritperle für beide Gehäusemassezuleitungen vorhanden sein.Conversely, in the variant from FIG. 3, the ferrite bead F, which is likewise integrated into the lamp connection terminal, only affects a conductive bridge to the line to the earth contact of the luminaire housing. Since the ballast EVG is here in contrast to the variant of Figure 1 via a supply line to the lamp terminal connected to the external PE line and this lead is not detected by the ferrite bead is, the capacitive influence of the ECG housing is not taken into account here. It can be insignificant in individual cases. Deviating from the figure, it could also have been dispensed with due to the grounding of the lamp housing on a conductive and grounded ECG housing. Of course, it would also be possible for a second or a common ferrite bead to be present for both housing ground supply lines.
Figur 4 zeigt ein Störspektrum (in dBμV bei 50 Ω) einer Leuchte mit elektronischem Vorschaltgerät ohne Dämpfungselement und somit ohne hochfrequente Entstörung. In Figur 4 sind darüber hinaus die einzuhaltenden Norm- wertekurven für die Quasi- Peak- (QP) und Average-Werte (AV) eingezeichnet. Die ermittelten Störpegel überschreiten im Frequenzbereich von 10 bis 30 MHz deutlich die einzuhaltenden Normwerte bzgl. der Quasi- Peak- (60 dBμV) und Average-Werte (50 dBμV), wobei die Überschreitungen bei ungefähr 5 dBμV liegen.Figure 4 shows an interference spectrum (in dBμV at 50 Ω) a lamp with electronic ballast without damping element and thus without high-frequency interference suppression. FIG. 4 also shows the standard value curves for the quasi-peak (QP) and average values (AV) to be observed. In the frequency range from 10 to 30 MHz, the detected interference levels clearly exceed the standard values to be observed with regard to the quasi-peak (60 dBμV) and average values (50 dBμV), the excesses being approximately 5 dBμV.
Figur 5 zeigt ein Störspektrum derselben Leuchte mit elektronischem Vorschaltgerät mit Leuchtenanschlussklemme und integriertem Dämpfungselement mit einer Schaltungsanordnung nach Figur 1. Die im Frequenzbereich zwischen 10 und 30 MHz vorgeschriebenen Normwerte bzgl. Quasi- Peak- (QP) und Average-Werten (AV) werden unterschritten, wobei die Unter- schreitungen bei ungefähr 5 dBμV liegen. FIG. 5 shows an interference spectrum of the same lamp with electronic ballast with lamp terminal and integrated damping element with a circuit arrangement according to FIG. 1. The standard values prescribed in the frequency range between 10 and 30 MHz with respect to quasi-peak (QP) and average values (AV) are undershot , where the undershoots are approximately 5 dBμV.

Claims

Ansprüche claims
1 . Beleuchtungsgerät, nämlich Leuchte mit integriertem elektronischen Vorschaltgerät (EVG)1 . Lighting device, namely lamp with integrated electronic ballast (ECG)
gekennzeichnet durch ein Dämpfungselement (F) aus Hochfrequenzstrahlung absorbierendem Material, das dazu ausgelegt ist, durch Hochfrequenzstrahlungsabsorption Hochfrequenzströme in einer Leitung der Leuchte zwischen einer PE-Anschlussklemme der Leuchte und einem Masseanschluss in der Leuchte zu dämpfen.characterized by a high frequency radiation absorbing material damping element (F) adapted to attenuate high frequency radiation in a conduit of the luminaire between a PE terminal of the luminaire and a ground terminal in the luminaire by high frequency radiation absorption.
2. Beleuchtungsgerät nach Anspruch 1 , bei dem der Masseanschluss in der Leuchte ein Massekontakt zumindest eines Teils des Leuchtenge- häuses ist.2. Lighting device according to claim 1, wherein the ground terminal in the lamp is a ground contact of at least a part of the lamp housing.
3. Beleuchtungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Masseanschluss in der Leuchte ein Massekontakt zumindest eines Teils des Vorschaltgerätegehäuses ist.3. Lighting device according to claim 1 or 2, wherein the ground terminal in the lamp is a ground contact of at least part of the ballast housing.
4. Beleuchtungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Massekontakt des Vorschaltgerätes (EVG) an dem Leuchtengehäuse angeschlossen ist.4. Lighting device according to one of the preceding claims, wherein a ground contact of the ballast (ECG) is connected to the lamp housing.
5. Beleuchtungsgerät, nämlich elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für eine Lampe,5. Lighting device, namely electronic ballast (EVG) for a lamp,
gekennzeichnet durch ein Dämpfungselement (F) aus Hochfrequenz- Strahlung absorbierendem Material, das dazu ausgelegt ist, durchcharacterized by a damping element (F) of high frequency radiation absorbing material adapted to
Hochfrequenzstrahlungsabsorption Hochfrequenzströme in einer Leitung des Vorschaltgerätes (EVG) zwischen einer PE-Anschlussklemme des Vorschaltgerätes (EVG) und einem Masseanschluss in dem Vorschaltgerät (EVG) zu dämpfen. High-frequency radiation absorption To dampen high-frequency currents in a ballast (ECG) line between a PE terminal block of the ballast (ECG) and a ground terminal in the ballast (ECG).
6. Beleuchtungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Dämpfungselement (F) einen hochfrequenzabsorbierenden Ferrit aufweist.6. Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the damping element (F) comprises a high-frequency-absorbing ferrite.
7. Beleuchtungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Dämpfungselement (F) ein um eine Durchgangsöffnung geschlossener Körper ist und durch die Durchgangsöffnung die Leitung verläuft, in der Hochfrequenzströme zu dämpfen sind.7. Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the damping element (F) is a body closed around a passage opening and through the passage opening extends the line in which to damp high frequency currents.
8. Beleuchtungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Dämpfungselement (F) in einer Anschlussklemme (LK) integriert ist. 8. Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the damping element (F) in a terminal (LK) is integrated.
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