DE19823311C2

DE19823311C2 - Helligkeitssteuerung zum Dimmen konventionell gewickelter Transformatoren mit sekundärseitigen Niedervolthalogenlampen nach dem Phasenanschnittprinzip

Info

Publication number: DE19823311C2
Application number: DE19823311A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Krause
Original assignee: Insta Elektro GmbH and Co KG
Current assignee: Insta GmbH
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: DE19823311A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Helligkeitssteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE 43 10 723 A1 ist eine dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechende Helligkeitssteuerung bekannt geworden. Diese Helligkeitssteuerung ist insbesondere für konventionell gewickelte Transformatoren mit sekundärseitigen Niedervolthalogenlampen mit einer in Reihe zur Last liegenden MOS-FET oder IGBT Endstufe vorgesehen. Die das Phasenanschnittprinzip ausnutzende Endstufe arbeitet so, dass im normalen Betrieb im Stromnulldurchgang abgeschaltet wird, wobei zum Erkennen des Stromnulldurchganges ein Komparator eingesetzt wird, der unmittelbar und in weiten Bereichen nahezu unabhängig von der Lasthöhe den Stromnulldurchgang über der Endstufe erkennt und somit der Steuereinheit ermöglicht, die Last fehlerfrei zu steuern.

Des weiteren ist aus der DE 44 41 733 A1 eine Helligkeitssteuerung bekannt, die den Gleichstromanteil bei induktiven Lasten über der Endstufe durch eine Mittelwertbildung der Endstufenspannung erkennt und diese Spannung als Regelspannung einem nachfolgenden Fensterkomparator zuführt und diese mit einem gefilterten Netzsignal vergleicht und so die Ansteuerung der Endstufe durch Verschiebung der Zündwinkel so verändert, dass der Mittelwert zu Null wird und damit kein schädlicher Gleichstrom durch die Last fließen kann.

Außerdem ist durch die DE 41 17 122 A1 eine weitere Helligkeitssteuerung bekannt geworden, bei der zur Steuerung der Last Halbleiter zur Anwendung kommen.

Bei den drei vorgenannten Helligkeitssteuerungen werden jedoch immer beide Leistungsschalter der Endstufe gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Schaltungsanordnung in der Weise zu konzipieren, dass konventionell gewickelte Transformatoren stufenlos so gesteuert werden können, dass beim Auftreten von Kurzschlüssen oder Überströmen die Anordnung nicht zerstört wird und sich selbst schützt, ohne eine Schmelzsicherung wechseln zu müssen, wobei auch der problemlose Betrieb von induktiven Lasten, d. h. nicht ausgelasteten Transformatoren bis hin zum Leerlauf gewährleistet sein muss. Das Ziel dieser Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel erreicht.

Die Erfindung sieht vor, dass der Stromnulldurchgang der Last durch einen Komparator erkannt wird, der parallel zur MOS-FET oder IGBT Endstufe liegt und somit unmittelbar und unabhängig von der Lastleistungshöhe den Stromnulldurchgang erfasst und einer Steuerschaltung zuführt, die die Endstufe abschaltet, um Überspannungen durch die in der induktiven Last gespeicherten Energie zu verhindern. Bei MOS-FET Endstufen wird eine besondere Art der Ansteuerung gewählt, in dem immer nur einer der MOS-FETs durchgesteuert wird und somit bei dem anderen die im MOS-FET eingebaute Inversdiode wirksam wird und aufgrund des nun definierten Pegels auch Stromnulldurchgänge kleiner Lastströme einwandfrei erkannt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein Problem beim Steuern von induktiven Lasten ist der große Lastbereich, den die Endstufe aussteuern muss und bei dem immer einwandfrei der Stromnulldurchgang durch die Last erkannt werden muss, vor allem dann, wenn der Erkennungsschaltung keine Wechselspannung, sondern eine pulsierende Gleichspannung zur Verfügung gestellt wird. Um auch höhere Lasten dimmen zu können, ist es die vordringliche Aufgabe, die Leitendverluste der Halbleiterendstufe möglichst klein zu halten, da diese als Verlustwärme an die unmittelbare Umgebung abgegeben werden muss. Die so entstehende Umgebungstemperatur bestimmt die erzielbare Leistung des Gerätes, die mit einer solchen Endstufe zu steuern ist. Um Leitendverluste möglichst gering zu halten, verwendet man vorzugsweise MOS-FETs mit niedrigem RDSon oder IGBTs mit kleiner Sättigungsspannung. Hierbei entsteht aber ein erhebliches Problem bei nicht ausgelasteten oder gar leerlaufenden Transformatoren, die nicht selten nur noch einer Last von einigen wenigen Watt entsprechen. Dieser Fall tritt z. B. ein, wenn die angeschlossenen Niedervolthalogenlampen ausfallen, oder eine Fehlinstallation vorliegt. Hat man nun aus den oben angeführten Gründen einen Leistungsschalter mit niedrigen Leitendverlusten gewählt, wird es schwierig daraus noch den exakten Stromnulldurchgang zu ermitteln. Dies kann erfindungsgemäß durch eine Schaltung gemäß der Zeichnungsfigur realisiert werden, wobei ein Komparator 3 benutzt wird, der parallel zur Endstufe 1 liegt. Da dieser schon bei sehr kleinen Spannungsunterschieden am Eingang eine sehr hohe Leerlaufverstärkung am Ausgang aufweist, so dass der Stromnulldurchgang nahezu leistungsunabhängig ermittelt werden kann wodurch der Steuerschaltung 2 die Möglichkeit gegeben wird, die Leistungsschalter unmittelbar im Stromnulldurchgang zu schalten und damit eine Überspannung durch eventuell in der Induktivität gespeicherte Energie vermieden werden kann.

Bei nicht ausgelasteten oder leerlaufenden konventionell gewickelten Transformatoren ist dies nicht ausreichend, da die Spannungsunterschiede über der Endstufe in den Bereich der Offsetgrößen des Komparators 3 fallen. Um aber auch bei diesen Lasten noch eindeutige Signale erreichen zu können, wird die Endstufe 1 gezielt gesteuert. Es wird jeder Schalter der Endstufe 1 separat durch die Schaltglieder 4 und 5 angesteuert, so dass bei dem anderen, der gesperrt bleibt, die eingebaute Inversdiode leitend wird, die immer einen definierten und nahezu lasthöhenunabhängigen Spannungsunterschied am Komparatoreingang 3 erzeugt. Somit bleibt die Endstufe 1 und damit auch die Last 6 immer eindeutig regelbar und die Steuereinheit hat so die Möglichkeit durch geeignete Ansteuerung einen eventuell durch die Last 6 auftretenden Gleichstrom, der zur Zerstörung der gesamten Anordnung führen könnte, zu verhindern.

Claims

Helligkeitssteuerung für konventionell gewickelte Transformatoren mit sekundärseitigen Niedervolthalogenlampen als Last (6),
mit einer in Reihe zur Last (6) liegenden Endstufe (1), die nach dem Phasenanschnittprinzip so arbeitet, dass im normalen Betrieb im Stromnulldurchgang abgeschaltet wird, jedoch bei Auftreten eines überhöhten Stromes oder Kurzschlusses die Endstufe (1) abschaltbar ist und sich somit selbst schützt,
wobei zum Erkennen des Stromnulldurchgangs ein Komparator (3) eingesetzt ist, der unmittelbar und in weiten Bereichen nahezu unabhängig von der Lasthöhe den Stromnulldurchgang am Spannungsabfall über der Endstufe (1) erkennt und somit einer Steuereinheit (2) ermöglicht, die Last (6) fehlerfrei zu steuern,
wobei die Endstufe (1) aus zwei in Reihe angeordneten MOS-FET- oder IGBT-Schaltern mit Inversdioden besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter durch separate Stellglieder (4, 5) derart gesteuert werden können, dass immer nur einer der Schalter leitend ist und so der Laststrom durch die Inversdiode des anderen Schalters fließen muss und dort einen definierten lastleistungsunabhängigen Spannungsabfall hervorruft, der dem Komparator (3) zugeführt wird, so dass auch Stromnulldurchgänge bei kleinen Lastströmen und leerlaufenden Transformatoren erkannt werden.