DE10146008C1 - Schaltungsanordnung zur Simulation der elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Simulation der elektrischen Eigenschaften einer GlühlampeInfo
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Abstract
Es wird eine Schaltungsanordnung zur Simulation der elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe, die insbesondere die elektrischen Eigenschaften beim Einschalten- und Ausschalten der Glühlampe nachbildet, beschrieben. Dabei ist die Simulationsschaltung gekennzeichnet, durch DOLLAR A - einen Kondensator (C), der über einen ersten Widerstandzweig (I) mit wenigstens einem Entladewiderstand entladen und über einen zweiten Widerstandszweig (II) mit wenigstens einem Ladewiderstand geladen wird, wobei der Ladewiderstand und der Entladewiderstand unterschiedliche Werte aufweisen, DOLLAR A - mindestens ein Umschaltmittel, das beim Einschalten automatisch den Entladestrom über den ersten Widerstandzweig (I) einschaltet und beim Ausschalten automatisch den Ladestrom über den zweiten Widerstandzweig (II) einschaltet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Simulation der elektrischen
Eigenschaften einer Glühlampe, die insbesondere die elektrischen Eigenschaften beim
Einschalten- und Ausschalten der Glühlampe nachbildet.
Eine derartige Schaltungsanordnung zur Simulation einer Glühlampe, die man auch als
elektronische Glühlampe bezeichnen könnte, wird beispielsweise dort eingesetzt, wo Geräte
und Vorrichtungen getestet werden, die ihrerseits zur Ansteuerung und Funktionskontrolle
von Glühlampen verwendet werden. Ein Beispiel hierfür sind Prüfplätze für Blinkgeber.
Blinkgeber dienen in einem Kraftfahrzeug dazu, die Glühlampen der Blinkleuchten taktweise
ein- und auszuschalten, wobei in einem Blinkgeber eine Strommess-Schaltung zur Messung
des Glühlampenstroms integriert ist. Dabei wird der Glühlampenstrom in einem gewissen
Zeitpunkt oder Zeitbereich nach dem Einschalten der Glühlampe mit einem vorbestimmten
Referenzwert verglichen, um die Funktionstüchtigkeit der Glühlampe zu kontrollieren und so
ggf. einen Glühfadenbruch oder einen Kurzschluß zu detektieren. Die Funktionstüchtigkeit
von Blinkgebern wird nun wiederum in den sogenannten Prüfplätzen in Verbindung mit einer
Glühlampe überprüft. Ein Problem ist dabei, daß die zu Prüfzwecken eingesetzten
Glühlampen Toleranzen aufweisen. Aus diesem Grunde werden die elektrischen
Eigenschaften der Glühlampen, die zu Testzwecken eingesetzt werden sollen, vorher
vermessen, wobei nur die Glühlampen verwendet werden, die innerhalb eines eng definierten
Toleranzfensters liegen. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr aufwendig. Dabei kommt
erschwerend hinzu, daß die elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe sich im Laufe der
Zeit ändern, so daß in gewissen Zeitabständen eine erneute Überprüfung erforderlich ist. Ein
weiterer Nachteil ist, daß die Lebensdauer der zu Prüfzwecken eingesetzten Glühlampen
aufgrund der häufigen Ein- und Ausschaltvorgänge sehr begrenzt ist.
Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, die zu Testzwecken eingesetzten Glühlampen
durch eine elektrische Schaltung zu ersetzten, die eine Glühlampe simuliert. Eine
zufriedenstellende Lösung konnte hierfür im Stand der Technik bisher nicht gefunden werden.
Aus der DE 198 09 880 C1 ist beispielsweise eine Schaltungsanordnung bekannt, welche bei
angeschlossener 12 Volt-Glühlampe die elektrischen Daten einer 24 Volt-Glühlampe
simuliert. Dabei wird der Lampenstrom der 12 Volt-Glühlampe lediglich entsprechend einer
24 Volt-Glühlampe verstärkt. Da diese Simulations-Schaltung nach wie vor eine Glühlampe
erfordert, ist sie zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme nicht geeignet.
Dem Fachmann auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugelektronik ist außerdem eine
Ersatzschaltung zur Glühlampensimulation (siehe Fig. 3) bekannt, die aus einer
Parallelschaltung eines Widerstandes (Rwarm) und einer dazu parallel geschalteten
Reihenschaltung aus einem Ladewiderstand (RLaden/Entladen) und einem Kondensator besteht.
Der simulierte Glühlampenstrom, der in die Ersatzschaltung fließt, wird über einen
Messwiderstand erfasst. In dieser Ersatzschaltung ist der Widerstand (Rwarm) ein Vielfaches
größer als der Ladewiderstand, so daß beim Einschalten der Versorgungsspannung kurzzeitig
zur Simulation der Kalteinschaltstromspitze einer Glühlampe (siehe Fig. 7) ein großer Strom
über den Ladewiderstand fließt. Im statischen Betriebsfall wird der Strom durch den
Widerstand (Rwarm) bestimmt. Dabei erreicht der Strom der Ersatzschaltung - wie bei einer
Glühlampe - nach dem Einschalten ungefähr den 10-fachen Wert des statischen
Betriebsstroms. Nach der Kalteinschaltstromspitze sinkt der Strom der Ersatzschaltung dann
exponentiell auf den Betriebsstromwert ab, wobei die Zeitkonstante durch den
Ladewiderstand und die Kapazität des Kondensators bestimmt wird. Das Abkühlverhalten
(siehe Fig. 8) einer Glühlampe, welches die Höhe der Einschaltstromspitze bei einem
erneuten Wiedereinschalten wesentlich beeinflusst, bleibt bei dieser Ersatzschaltung
unberücksichtigt. Für einen getakteten Betrieb ist diese Art der Simulation äußerst
unbefriedigend, da bei einem getakteten Betrieb nur die erste Einschaltstromspitze eine
Kalteinschaltstromspitze ist, während die Höhe der nachfolgenden Einschaltstromspitzen von
der Länge der Auszeiten (= Abkühlzeit) und der damit verbundene Widerstandsabnahme
abhängt. Die Berücksichtigung des Abkühlverhaltens ist insbesondere dann wichtig, wenn die
Taktzyklen wie bei einem Blinkgeber kleiner als 1 Sekunde sind, d. h. die Abkühlzeiten
unterhalb von 500 Millisekunden liegen, da sich der Widerstand einer Glühlampe in diesem
Bereich noch stark ändert und seinen Kaltwert noch nicht erreicht hat. Die Zeiten, in denen
der Einschaltstrom einer Glühlampe auf seinen statischen Betriebsstromwert abgefallen ist,
sind jedoch wesentlich kleiner (typischer Weise unterhalb von 100 Millisekunden). Wenn die
Ersatzschaltung aus dem Stand der Technik mit einem Taktzyklus von 0,66 Sekunden
betrieben wird, so wird der Kondensator in der Auszeit vollständig entladen, da die
Zeitkonstante für das Entladen gleich der Zeitkonstanten für das Laden ist. Dies wiederum hat
zur Folge, daß fälschlicherweise bei einem getakteten Betrieb alle Einschaltstromspitzen
Kalteinschaltstromspitzen sind.
Aus der DE 43 14 127 C2 ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Simulation der
elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe bekannt, wobei die entsprechenden Kennlinien
softwaremäßig nachgebildet sind und wobei mit Hilfe eines D/A-Wandlers und einer
Leistungsendstufe der Stromfluß durch die Glühlampe simuliert wird. Diese
Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, das ein relativ aufwendiges Software-
Programm notwendig ist.
Aus der DE 42 24 585 A1 ist ferner Schaltungsanordnung zur Nachbildung einer
Glühlampenkennlinie bekannt, die sich aus einer Überlagerung eines konstanten Stromes
(konstanter Anteil der Kennlinie) und eines spannungsabhängigen Stromes (Steigung der
Kennlinie) ergibt. Allerdings wird bei dieser Schaltungsanordnung nicht der Einfluß des
Abkühlverhaltens auf die Einschaltstromspitze berücksichtigt.
Aus der DE 199 12 732 A1 ist ferner ein Prüfgerät für das Anhängerbeleuchtungssystem eines
Fahrzeuges bekannt, das in die Anhängersteckdose gesteckt wird. Dabei wird lediglich ein
bestimmter Widerstandswert auf der Glühlampenkennlinie über einen Spannungsteiler in
Form einer Reihenschaltung von zwei Widerständen simuliert, so daß bei einem
ordnungsgemäßen Stromfluß ein Spannungsschwellwert an dem Spannungsteiler erreicht
wird und eine Transistor durchschaltet, woraufhin dann eine Kontroll-Leuchte die
Funktionstüchtigkeit anzeigt. Dabei ist bei der Simulations-Schaltungsanordnung für die
Bremsleuchte dem Spannungsteiler ein Kondensator zugeordnet, der im Falle eines
ordnungsgemäßen Stromes bei Betätigung des Bremspedals mit seiner Ladespannung den
Einschaltzustand der Kontroll-Leuchte noch eine gewisse Zeit nach der. Betätigung des
Bremspedals aufrecht erhält, so daß der Fahrer ausreichend Zeit hat nach Betätigung des
Bremspedals das Leuchten der Kontroll-Leuchte festzustellen. Mit den aus der
DE 199 12 732 A1 bekannten Schaltungsanordnungen wird also lediglich ein bestimmter
Glühlampenwiderstandswert simuliert und keine komplexe Kennlinie.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Glühlampen-Simulationsschaltung zu schaffen,
die insbesondere das Abkühlverhalten einer Glühlampe berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gelöst, welche einen
Kondensator aufweist, der über einen ersten Widerstandszweig mit wenigstens einem
Ladewiderstand geladen und über einen zweiten Widerstandszweigzweig mit wenigstens
einem Entladewiderstand entladen wird. Dabei weisen der Ladewiderstand und der
Entladewiderstand unterschiedliche Werte auf. Ferner ist mindestens ein Umschaltmittel
vorgesehen, daß beim Einschalten automatisch den Ladestrom über den ersten
Widerstandszweig einschaltet und beim Ausschalten automatisch den Entladestrom über den
zweiten Widerstandszweig einschaltet. Durch das Vorsehen von zwei unterschiedlichen
Widerständen - einem Ladewiderstand und einem Entladewiderstand - zwischen denen beim
Ein- und Ausschalten automatisch umgeschaltet wird, sind die Zeitkonstanten für das Laden
und das Entladen des Kondensators unterschiedlich. Mit Hilfe der unterschiedlichen
Zeitkonstanten wird dann der Einfluß, den das Abkühlverhalten der Glühlampe auf die
nachfolgende Einschaltstromspitze hat, berücksichtigt.
In einer ersten Ausführungsform wird der Kondensator zur Simulation des Glühlampenstroms
beim Einschalten der Simulationsschaltung über den Ladewiderstand mit der zugehörigen
Zeitkonstanten geladen. Beim Ausschalten der Simulationsschaltung wird der Kondensator
dann über den Entladewiderstand mit einer größeren Zeitkonstanten entladen. Dies führt dazu,
daß die Spannung (Ladungsmenge) mit der der Kondensator am Ende der Auszeit noch
geladen ist, in charakteristischer Weise abhängig ist von der Länge der Auszeit (= Abkühlzeit).
Da die Höhe der Kondensatorspannung (Lademenge) am Ende der Auszeit die Höhe der
nachfolgenden Einschaltstromspitze (Differenzlademenge) bestimmt, wird somit das
Abkühlverhalten der Glühlampe durch die erfindungsgemäße Simulationsschaltung auch in
diesem Fall berücksichtigt.
In einer alternativen Ausführungsform wird der bereits aufgeladene Kondensator zur
Simulation des Glühlampenstroms beim Einschalten der Simulationsschaltung über den
Entladewiderstand mit der zugehörigen Zeitkonstanten entladen. Beim Ausschalten wird der
Kondensator dann über den Ladewiderstand mit einer größeren Zeitkonstanten geladen. Dies
führt dazu, daß die Spannung (Ladungsmenge) mit der der Kondensator am Ende der Auszeit
geladen ist, welche bei einem getakteten Betrieb wesentlich größer ist als die Abklingzeit der
Einschaltstromspitze, in charakteristischer Weise abhängig ist von der Länge der Auszeit
(= Abkühlzeit). Da die Höhe der Kondensatorspannung am Ende der Auszeit die Höhe der
nachfolgenden Einschaltstromspitze bestimmt, wird somit das Abkühlverhalten der
Glühlampe durch die erfindungsgemäße Simulationsschaltung auch in dieser
Ausführungsform berücksichtigt.
Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine getaktet betriebene Glühlampe mit einem Strom-Meßwiderstand,
Fig. 2 eine getaktet betriebene Simulations-Schaltungsanordnung mit einem Strom-
Meßwiderstand,
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für eine Glühlampe gemäß Stand der Technik,
Fig. 4 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
Fig. 5 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform,
Fig. 6 zeitliche Spannungsverläufe U1, U2 und U3 gemäß Fig. 5,
Fig. 7 den Verlauf der Kalteinschaltstromspitze einer Glühlampe,
Fig. 8 das Abkühlverhalten einer Glühlampe,
Fig. 9 die PTC-Charakteristik einer Glühlampe im statischen Betrieb,
Fig. 10 die mit unterschiedlichen Zeitkonstanten simulierte Kalteinschaltstromspitze.
In Fig. 1 ist eine Glühlampe dargestellt, die über einen Schalter (z. B. das Relais eines
Blinkgebers) taktweise mit Versorgungsspannung beaufschlagt wird. Wobei der
Glühlampenstrom über einen Messwiderstand erfasst wird. Das elektrische Verhalten einer
Glühlampe, insbesondere beim Ein- und Ausschalten, ist in den Fig. 7 bis 9
veranschaulicht. Fig. 7 zeigt die Kalteinschaltstromspitze einer Glühlampe. Fig. 8 zeigt das
Abkühlverhalten einer Glühlampe, das durch eine nichtlineare Abnahme des Widerstandes
mit der Zeit gekennzeichnet ist. Fig. 9 zeigt die PTC-Charakteristik (Positive Temperature
Coefficient) einer Glühlampe im statischen Betrieb, die durch eine vom ohmschen
Widerstand abweichende Strom-/Spannungskennlinie gekennzeichnet ist.
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Simulations-Schaltungsanordnung in einer
Basisausführung. Die Schaltungsanordnung weist einen Kondensator (C) auf, der über einen
ersten Widerstandszweig (I) mit wenigstens einem Ladewiderstand (RLaden) geladen und über
einen zweiten Widerstandszweigzweig (II) mit einem Entladewiderstand (REntladen) entladen
wird, wobei der Ladewiderstand kleiner als der Entladewiderstand ist. Ferner ist ein
Umschaltmittel vorgesehen, daß beim Einschalten den ersten Widerstandszweig (I)
automatisch mit der Versorgungsspannung (UB) verbindet, so daß der Ladestrom über den
Ladewiderstand (RLaden) den Kondensator (C) auflädt. In dem ersten Widerstandszweig (I) ist
parallel zum Kondensator noch ein Widerstand (Rwarm) geschaltet, der den statischen
Betriebsstrom bestimmt. Gemessen wird der Glühlampen-Simulationsstrom über einen
Messwiderstand (RM). Insofern entspricht der erste Widerstandszweig (I) dem aus dem Stand
der Technik bekannten Ersatzschaltbild gemäß Fig. 3. Die erfindungsgemäße Besonderheit
ist nun, daß das Entladen des Kondensators (C) mit einem anderen zeitlichen Verhalten
erfolgt als das Laden, indem das Umschaltmittel beim Ausschalten die Versorgungsspannung
vom ersten Widerstandszweig (I) abtrennt und den zweiten Widerstandszweig an Masse legt.
Damit wird der Entladestrom über den zweiten Widerstandszweig (II) mit dem
Entladewiderstand eingeschaltet. Dies führt dazu, daß die Spannung (Ladungsmenge), mit der
der Kondensator am Ende der Auszeit geladen ist, in charakteristischer Weise abhängig ist
von der Länge der Auszeit (= Abkühlzeit). Da die Höhe der Kondensatorspannung
(Lademenge) am Ende der Auszeit die Höhe der nachfolgenden Einschaltstromspitze
(Differenzlademenge) bestimmt, wird somit das Abkühlverhalten der Glühlampe durch die
erfindungsgemäße Simulationsschaltung zufriedenstellend berücksichtigt. Die Abklingzeit
der Einschaltstromspitze wird durch die Zeitkonstante
τI = C × RLaden bestimmt, während das Entladen und damit das Abkühlverhalten als
Startbedingung für den nächsten Einschaltvorgang durch die Zeitkonstante τII = C × REntladen
bestimmt wird.
In einer Ausführungsform (siehe Fig. 5) wird die Umschaltung zwischen den beiden
Widerstandszweigen (I, II) realisiert, indem jeder der beiden Widerstandszweige jeweils
mindestens eine Diode (D1, D2, D3 im ersten Zweig und D4, D5, D6 im zweiten Kreis)
aufweist, wobei die Dioden in den beiden Widerstandszweigen (I, II) entgegengesetzt
geschaltet sind, und die beiden Widerstandszweige an dem dem Kondensator abgewandten
Ende hinter den Dioden zu einem gemeinsamen Knoten (K) zusammengeführt sind. Dabei
stellt das Umschaltmittel beim Einschalten des Blinkschalters das Spannungspotential in dem
Knoten (K) so ein, daß die Diode des ersten Widerstandszweiges in Durchlassrichtung gepolt
ist, während beim Ausschalten des Blinkschalters das Spannungspotential in dem Knoten (K)
so einstellt wird, daß die Diode des zweiten Widerstandszweiges in Durchlassrichtung gepolt
ist. Auf diese Weise wird die Umschaltung zwischen den beiden Widerstandszweigen (I, II)
realisiert. In Fig. 6 ist dargestellt, wie das Spannungspotential (U3) in dem Knoten (K) über
den Umschalter beim Ein- und Ausschalten des Blinkschalters (= Ein- und Ausschalten der
Simulationsschaltung) geändert wird, um wahlweise die Dioden des ersten oder des zweiten
Widerstandszweiges durchzuschalten.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform (siehe Fig. 5) wird der Tatsache
Rechnung getragen, daß das Kalteinschaltverhalten bzw. das Einschaltverhalten einer
Glühlampe generell sowie dessen Abkühlverhalten sich nicht exakt durch eine
Exponentialfunktion mit einer Zeitkonstanten für den gesamten Zeitbereich hinreichend
zufriedenstellend beschreiben lässt. Insofern ist die Ausführung gemäß Fig. 4 nur eine
Basisausführung, da sie ein exponentielles Einschaltverhalten und eine exponentielles
Abkühlverhalten simuliert. Nichtsdestotrotz liefert diese Basisausführung in erster Näherung
bereits bessere Simulationsdaten als die aus dem Stand der Technik bekannte Ersatzschaltung.
Eine genauere Analyse des Einschaltverhaltens und des Abkühlverhaltens ergibt, daß die
zeitlichen Verläufe jeweils näherungsweise besser durch zwei oder mehr
Exponentialfunktionen mit zeitabschnittsweise unterschiedlichen Zeitkonstanten beschrieben
werden. Dabei wird die Näherung umso besser je feiner die Unterteilung ist.
Zu diesem Zweck erfolgt nicht nur das Laden und das Entladen des Kondensators (C) über
unterschiedliche Widerstände, sondern das Laden und das Entladen selbst erfolgt
zeitabschnittsweise über unterschiedliche Widerstände, um zeitabschnittsweise
unterschiedliche Zeitkonstanten τi = C × Ri zu realisieren. Hierfür weist der erste
Widerstandszweig (I), der gemäß der Ausführungsform von Fig. 5 zum Entladen verwendet
wird, mindestens zwei unterschiedliche, (zumindest zeitweise) parallel geschaltete
Widerstände (R1, R2 und R3) auf, denen jeweils eine Diode (D1, D2, D3) vorgeschaltet ist.
Die Dioden eines Widerstandszweiges sind jeweils gleichsinnig gepolt geschaltet. Ergänzend
hierzu weist der zweite Widerstandszweig (II), der gemäß der Ausführungsform von Fig. 5
zum Laden verwendet wird, ebenfalls mindestens zwei unterschiedliche, parallel geschaltete
Widerstände (R4, R5 und R6) auf, denen jeweils auch eine Diode (D4, D5, D6) vorgeschaltet
ist. Dabei sind diese Dioden zu den Dioden des ersten Widerstandszweiges gegensinnig
gepolt geschaltet.
Um zur Änderung der Zeitkonstanten zwischen den Entladewiderständen des ersten
Widerstandszweiges (R1, R2, R3) umschalten zu können, ist ein Spannungsteiler aus einer
Reihenschaltung aus zwei oder mehr Widerständen (R7, R8, R9) vorgesehen, der mit dem
Spannungspotential des Knoten (K) verbunden ist, wobei die Kathoden der den
Entladewiderständen (R1, R2, R3) des ersten Widerstandszweiges (I) vorgeschalteten Dioden
(D1, D2, D3) über den Spannungsteiler mit unterschiedlichen Spannungspotentialen
beaufschlagt werden, wodurch die Dioden (D1, D2, D3) beim Absinken der
Kondensatorsspannung infolge der Entladung nacheinander automatisch in Sperrichtung
geschaltet werden, um die Zeitkonstanten der Entladung abschnittsweise umzuschalten.
Unmittelbar nach dem Einschalten der Versorgungsspannung (UB) erfolgt die Entladung mit
der Zeitkonstanten:
τ1 = C × R1 × R2 × R3/(R2 × R3 + R1 × R3 + R1 × R2).
Danach erfolgt die Entladung mit der Zeitkonstanten:
τ2 = C × R2 × R3/(R2 + R3).
Zum Schluß erfolgt die Entladung mit der Zeitkonstanten:
τ3 = C × R3.
Um zur Änderung der Zeitkonstanten auch zwischen den Ladewiderständen des zweiten
Widerstandszweiges (R4, R5, R6) umschalten zu können, ist ein weiterer Spannungsteiler aus
einer Reihenschaltung aus zwei oder mehr Widerständen (R10, R11, R12) vorgesehen, der
mit dem Spannungspotential des Knoten (K) verbunden ist, wobei die Anoden der den
Entladewiderständen (R1, R2, R3) des ersten Widerstandszweiges (I) vorgeschalteten Dioden
(D4, D5, D6) über den Spannungsteiler mit unterschiedlichen Spannungspotentialen
beaufschlagt werden, wodurch die Dioden (D4, D5, D6) beim Ansteigen der
Kondensatorsspannung infolge der Aufladung nacheinander automatisch in Sperrichtung
geschaltet werden, um die Zeitkonstanten der Entladung abschnittsweise umzuschalten.
Unmittelbar nach dem Ausschalten der Versorgungsspannung (UB) erfolgt die Entladung mit
der Zeitkonstanten:
τ1' = C × R4 × R5 × R6/(R5 × R6 + R3 × R6 + R4 × R5).
Danach erfolgt die Entladung mit der Zeitkonstanten:
τ2' = C × R5 × R6/(R5 + R6).
Zum Schluß erfolgt die Entladung mit der Zeitkonstanten:
τ3' = C × R6.
Diese exponentiellen Spannungsverläufe mit jeweils zeitabschnittsweise unterschiedlichen
Zeitkonstanten werden über den Spannungs-/Stromwandler in einen Strom gespiegelt, der
dann von einem Stromspiegelwiderstand (RS) erfasst wird.
Die Umschaltzeitpunkte, an denen zwischen den einzelnen Zeitkonstanten umgeschaltet wird,
werden durch die Widerstände/Widerstandsverhältnisse der Spannungsteiler-Widerstände
(R7, R8, R9, R10, R11 und R12) bestimmt. Um die Umschaltzeitpunkte ändern zu können ist
vorzugsweise einer der Spannungsteiler-Widerstände einstellbar.
Um die Zeitkonstanten ändern zu können, ist vorzugsweise einer der Lade- bzw.
Entladewiderstände (R1, R2, R3, R4, R5, R6) einstellbar ausgebildet. Es ist auch vorgesehen,
die Kapazität des Kondensators einstellbar auszubilden, wobei sich alle Zeitkonstanten im
gleichen Verhältnis ändern würden.
In Fig. 10 ist eine simulierte Kalteinschaltstromspitze dargestellt, die aus
aneinandergereihten Exponentialfunktionen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten besteht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist auch eine Nachbildung der statischen
PTC-Charakteristik einer Glühlampe vorgesehen. Darunter wird die nicht lineare
Stromänderung infolge einer Spannungsänderung an der Glühlampe verstanden (siehe Fig. 9).
Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen Schaltungsteil auf,
der einen Spannungsteiler aus einem Vorwiderstand (RV) und einer dazu in Reihe
geschalteten Parallelschaltung aus mindestens zwei Widerständen (R13, R14, R15) ausbildet.
Jedem der Widerstände (R13, R14, R15) der Parallelschaltung ist ein spannungsabhängiges
Schaltelement (Z1, Z2, Z3) in Reihe vorgeschaltet, wobei die Schaltspannungen der
Schaltelemente unterschiedlich sind, so daß je nach Eingangsspannung (UB) des
Spannungsteilers der Widerstand der Parallelschaltung unterschiedlich ist. Dabei bildet die
über der Parallelschaltung abgegriffene Teilerspannung die Ladespannung für den
Kondensator und die Referenzspannung gegen die der Kondensator entladen wird. Mit den
parallel geschalteten Widerstandszweigen (I, II) zum Laden bzw. Entladen des Kondensators
ist der PTC-Nachbildungs-Schaltungsteil über einen Spannungsfolger verbunden. Die
spannungsabhängigen Schaltelemente sind vorzugsweise Zenerdioden (Z1, Z2, Z3) mit
unterschiedlichen Zenerspannungen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Simulations-Schaltung Mittel
auf, um den simulierten Glühlampenstrom unterschiedlich zu verstärken, damit Glühlampen
mit unterschiedlichen Leistungen simuliert werden können. Dies kann beispielsweise dadurch
erfolgen, daß der Stromspiegelwiderstand (RS) des Spannungs-Stromwandlers einstellbar
ausgeführt ist.
Claims (14)
1. Schaltungsanordnung zur Simulation der elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe, die
die elektrischen Eigenschaften beim Einschalten- und Ausschalten der Glühlampe nachbildet,
gekennzeichnet, durch
- - einen Kondensator (C), der über einen ersten Widerstandszweig (I) mit wenigstens einem Ladewiderstand geladen und über einen zweiten Widerstandszweig (II) mit wenigstens einem Entladewiderstand entladen wird, wobei der Ladewiderstand und der Entladewiderstand unterschiedliche Werte aufweisen,
- - mindestens ein Umschaltmittel, das beim Einschalten automatisch den Ladestrom über den ersten Widerstandszweig (I) einschaltet und beim Ausschalten automatisch den Entladestrom über den zweiten Widerstandszweig (II) einschaltet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Widerstandszweig (II) mindestens zwei unterschiedliche Entladewiderstände
aufweist, die jeweils über entsprechende Mittel in einer Parallelschaltung zuschaltbar sind,
wobei der Entladestrom nach dem Ausschalten in mindestens zwei Zeitabschnitten über
unterschiedlich viele parallel geschaltete Entladewiderstände zur Bewirkung von
abschnittsweise unterschiedlichen Zeitkonstanten fließt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Widerstandszweig (I) mindestens zwei unterschiedliche Ladewiderstände aufweist,
die jeweils über entsprechende Mittel in einer Parallelschaltung zuschaltbar sind, wobei der
Ladestrom nach dem Einschalten in mindestens zwei Zeitabschnitten über unterschiedlich
viele parallel geschaltete Ladewiderstände zur Bewirkung von abschnittsweise
unterschiedlichen Zeitkonstanten fließt.
4. Schaltungsanordnung zur Simulation der elektrischen Eigenschaften einer Glühlampe, die
die elektrischen Eigenschaften beim Einschalten- und Ausschalten der Glühlampe nachbildet,
gekennzeichnet, durch
einen Kondensator (C), der über einen ersten Widerstandszweig (I) mit wenigstens einem Entladewiderstand entladen und über einen zweiten Widerstandszweig (II) mit wenigstens einem Ladewiderstand geladen wird, wobei der Ladewiderstand und der Entladewiderstand unterschiedliche Werte aufweisen,
mindestens ein Umschaltmittel, das beim Einschalten automatisch den Entladestrom über den ersten Widerstandszweig (I) einschaltet und beim Ausschalten automatisch den Ladestrom über den zweiten Widerstandszweig (II) einschaltet.
einen Kondensator (C), der über einen ersten Widerstandszweig (I) mit wenigstens einem Entladewiderstand entladen und über einen zweiten Widerstandszweig (II) mit wenigstens einem Ladewiderstand geladen wird, wobei der Ladewiderstand und der Entladewiderstand unterschiedliche Werte aufweisen,
mindestens ein Umschaltmittel, das beim Einschalten automatisch den Entladestrom über den ersten Widerstandszweig (I) einschaltet und beim Ausschalten automatisch den Ladestrom über den zweiten Widerstandszweig (II) einschaltet.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Widerstandszweig (I) mindestens zwei unterschiedliche Entladewiderstände
aufweist, die jeweils über entsprechende Mittel in einer Parallelschaltung zuschaltbar sind,
wobei der Entladestrom nach dem Einschalten in mindestens zwei Zeitabschnitten über
unterschiedlich viele parallel geschaltete Entladewiderstände zur Bewirkung von
abschnittsweise unterschiedlichen Zeitkonstanten fließt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Widerstandszweig (II) mindestens zwei unterschiedliche Ladewiderstände aufweist,
die jeweils über entsprechende Mittel in einer Parallelschaltung zuschaltbar sind, wobei der
Ladestrom nach dem Ausschalten in mindestens zwei Zeitabschnitten über unterschiedlich
viele parallel geschaltete Ladewiderstände zur Bewirkung von abschnittsweise
unterschiedlichen Zeitkonstanten fließt.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
jeder der beiden Widerstandszweige (I, II) jeweils mindestens eine Diode aufweist, wobei die Dioden in den beiden Widerstandszweigen entgegengesetzt geschaltet sind,
die beiden Widerstandszweige an dem dem Kondensator (C) abgewandten Ende zu einem gemeinsamen Knoten (K) zusammengeführt sind,
das Umschaltmittel beim Einschalten das Spannungspotential in dem Knoten (K) so einstellt, daß die Diode des ersten Widerstandszweiges (I) in Durchlassrichtung gepolt ist,
das Umschaltmittel beim Ausschalten das Spannungspotential in dem Knoten so einstellt, daß die Diode des zweiten Widerstandszweiges (II) in Durchlassrichtung gepolt ist.
jeder der beiden Widerstandszweige (I, II) jeweils mindestens eine Diode aufweist, wobei die Dioden in den beiden Widerstandszweigen entgegengesetzt geschaltet sind,
die beiden Widerstandszweige an dem dem Kondensator (C) abgewandten Ende zu einem gemeinsamen Knoten (K) zusammengeführt sind,
das Umschaltmittel beim Einschalten das Spannungspotential in dem Knoten (K) so einstellt, daß die Diode des ersten Widerstandszweiges (I) in Durchlassrichtung gepolt ist,
das Umschaltmittel beim Ausschalten das Spannungspotential in dem Knoten so einstellt, daß die Diode des zweiten Widerstandszweiges (II) in Durchlassrichtung gepolt ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
gekennzeichnet, durch
einen Spannungsteiler aus einer Reihenschaltung aus zwei oder mehr Widerständen
(R7, R8, R9), der mit dem Spannungspotential des Knoten (K) verbunden ist, wobei die
Kathoden der den Entladewiderständen des ersten Widerstandszweiges (I) vorgeschalteten
Dioden (D1, D2, D3) über den Spannungsteiler mit unterschiedlichen Spannungspotentialen
beaufschlagt werden, wodurch die Dioden beim Absinken der Kondensatorsspannung infolge
der Entladung nacheinander automatisch in Sperrichtung geschaltet werden, um die
Zeitkonstanten der Entladung zeitabschnittsweise umzuschalten.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
gekennzeichnet, durch
einen Spannungsteiler aus einer Reihenschaltung aus zwei oder mehr Widerständen
(R10, R11, R12), der mit dem Spannungspotential des Knoten verbunden ist, wobei die
Anoden der den Ladewiderständen des zweiten Widerstandszweiges vorgeschalteten Dioden
(D4, D5, D6) über den Spannungsteiler mit unterschiedlichen Spannungspotentialen
beaufschlagt werden, wodurch die Dioden beim Ansteigen der Kondensatorsspannung infolge
der Aufladung nacheinander automatisch in Sperrichtung geschaltet werden, um die
Zeitkonstanten der Entladung zeitabschnittsweise umzuschalten.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9,
gekennzeichnet, durch
einen Schaltungsteil zur Nachbildung der PTC-Charakteristik einer Glühlampe, wobei
dieser Schaltungsteil einen Spannungsteiler aus einem Vorwiderstand (RV) und einer dazu in Reihe geschalteten Parallelschaltung aus mindestens zwei Widerständen (R13, R14, R15) ausbildet,
zu jedem der Widerstände der Parallelschaltung ein spannungsabhängiges Schaltelement (Z1, Z2, Z3) in Reihe geschaltet ist,
die Schaltspannungen der Schaltelemente unterschiedlich sind, so daß je nach Eingangsspannung des Spannungsteilers der Widerstand der Parallelschaltung unterschiedlich ist,
die über der Parallelschaltung abgegriffene Teilspannung die Ladespannung für den Kondensator bildet.
einen Schaltungsteil zur Nachbildung der PTC-Charakteristik einer Glühlampe, wobei
dieser Schaltungsteil einen Spannungsteiler aus einem Vorwiderstand (RV) und einer dazu in Reihe geschalteten Parallelschaltung aus mindestens zwei Widerständen (R13, R14, R15) ausbildet,
zu jedem der Widerstände der Parallelschaltung ein spannungsabhängiges Schaltelement (Z1, Z2, Z3) in Reihe geschaltet ist,
die Schaltspannungen der Schaltelemente unterschiedlich sind, so daß je nach Eingangsspannung des Spannungsteilers der Widerstand der Parallelschaltung unterschiedlich ist,
die über der Parallelschaltung abgegriffene Teilspannung die Ladespannung für den Kondensator bildet.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltelemente Zenerdioden (Z1, Z2, Z3) mit unterschiedlichen Zenerspannungen sind.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Ladewiderstand oder ein Entladewiderstand zur Änderung der Zeitkonstanten
einstellbar ist.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer der Spannungsteiler-Widerstände (R7, R8, R9, R10, R11 und R12) zur
Bewirkung unterschiedlicher Umschaltzeitpunkte von einer Zeitkonstanten auf eine andere
Zeitkonstante einstellbar ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel vorgesehen sind, um den simulierten Glühlampenstrom unterschiedlich zu verstärken.
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