DE3883042T2 - Einrichtung zum Ermöglichen der Wiederherstellung des Stroms einer Leitung im Falle des Durchschlagens eines oder mehrerer Elemente einer Serienschaltung. - Google Patents
Einrichtung zum Ermöglichen der Wiederherstellung des Stroms einer Leitung im Falle des Durchschlagens eines oder mehrerer Elemente einer Serienschaltung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die die automatische und rasche Wiederherstellung des Netzstroms ermöglicht im Falle des Durchbrennens von einem oder mehreren Bauteilen, die zu einer Serienschaltung gehören, wie beispielsweise bei einer Serienschaltung von Niederwechselspannungslampen.
- Aufgrund des Patents GB-A-1.095.673 ist eine Serienschaltung von Gühbirnen bekannt, bei der der Ausfall einer bestimmten Gühbirne im Fall des Durchbrennens angezeigt wird, ohne den Stromkreis zu unterbrechen. Dabei ist eine Halbleiterschaltung parallel zu jeder Glühbirne gelegt, wodurch der Stromkreis aufrechterhalten bleibt, selbst wenn eine Glühbirne durchgebrannt ist. An den Klemmen der noch einwandfreien Glühbirnen ergibt sich dann jedoch eine Überspannung.
- Eine solche Vorrichtung ist für die Verwendung mit Gühbirnen bestimmt, die einen herkömmlichen Heizfaden aufweisen, das heißt für einen Stromkreis, in dem ein sehr kleiner Strom (von ungefahr einigen zehn Milliampere) fließt.
- Sie könnte nicht bei einer Serienschaltung von Niederspannungs-Halogenlampen verwendet werden. In diesem Fall würden die Überspannungen in der Tat im Vergleich zu der Nennspannung unzulässige Werte erreichen.
- In dem Dokument DE-A-1.960.589 wird eine Vorrichtung beschrieben, die Halbleiter enthalt, und die bei einer Serienschaltung von mehreren Lampen, von denen jede einen Hauptglühfaden und einen parallel angeordneten Reserveglühfaden aufweist, im Falle des Durchbrennens des Hauptglühfadens ermöglicht, den Reserveglühfaden in den Stromkreis einzufügen, und damit den Netzstrom wiederherzustellen. Die Verdoppelung der Glühfäden ist jedoch relativ teuer.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die Wiederherstellung des Netzstroms im Falle des Durchbrennens eines Bauteils einer Serienschaltung ermöglicht, wobei sich diese Vorrichtung sowohl für herkömmliche Glühbirnen, als auch für Niederspannungs-Halogenlampen eignet, und keine Überspannung an den Klemmen der nicht durchgebrannten Bauteile hervorruft.
- Ein weiteres Ziel besteht darin, eine Vorrichtung von der oben erwähnten Art vorzuschlagen, mittels der die Wiederherstellung des Netzstroms automatisch erfolgt, und praktisch augenblicklich, das heißt, nach einer genau festgelegten Ansprechzeit, die entweder von der Anzahl der in Serie geschalteten Bauteile, oder von dem Zeitpunkt des Durchbrennens innerhalb der Halbperiode bestimmt wird.
- Ein weiterem Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung vorzuschlagen, deren Verhalten innerhalb des Bereichs von 0 bis 4 durchgebrannten Lampen bei 10 in Serie geschalteten Lampen unabhängig von der Anzahl der durchgebrannten Lampen ist.
- Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch eine Halbleiterschaltung, die parallel zu jedem Bauteil der Serienschaltung gelegt ist und ein Gate, sowie eine mit dem Eingang des Bauteils verbundene erste Klemme und eine mit dem Ausgang des Bauteils verbundene zweite Klemme aufweist, wobei die Halbleiterschaltung eingeschaltet wird und in dem leitenden Zustand gehalten wird, sobald die Spannung an ihren Klemmen eine vorher festgelegte Spannungsschwelle zwischen ihrem Gate und der zweiten Klemme übersteigt, wobei bei dieser Halbleiterschaltung die Spannungsschwelle zwischen dem Gate und der zweiten Klemme mittels einer Schaltung festgelegt wird, die einerseits aus einem Halbleiter von Typ DIAC (21), und andererseits aus einem RC-Glied und zwei entgegengesetzt gerichteten Zenerdioden besteht. Diese Zenerdioden sind einerseits mit der ersten Klemme, und andererseits über einen Strombegrenzungswiderstand mit der zweiten Klemme verbunden. Das RC-Glied ist mit der ersten Klemme und dem Knotenpunkt zwischen dem Strombegrenzungswiderstand und den Zenerdioden verbunden. Der DIAC (21) ist mit dem Gate und dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand und dem Kondensator des RC-Glieds verbunden.
- Gegebenenfalls kann der Halbleiter vom Typ DIAC durch zwei entgegengesetzt gerichtete Zenerdioden ersetzt werden.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Halbleiterschaltung aus einem Triac.
- Die Vorrichtung der Erfindung kann außerdem einen Widerstand umfassen zum Aufrechterhalten der Spannung zwischen dem Gate und der ersten Klemme der Halbleiterschaltung. Der Kondensator zwischen diesen zwei Klemmen ist dazu bestimmt, eine geeignete Verzögerung bei dem Einschalten des Triacs sicherzustellen, um eine echte Effektivspannung an den Klemmen der anderen Bauteile zu gewährleisten, die nicht größer als ihre Nennspannung ist.
- Es ist festzustellen, daß die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besonders einfach ist und eine sehr geringe Anzahl von Bauteilen erfordert. Daraus ergibt sich, daß die Vorrichtung besonders billig ist.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie ermöglicht, die Installation und die Serienschaltung von Bauteilen wesentlich zu vereinfachen. Die herkömmlichen Schaltungen von Niederspannungs-Bauteilen erfordern in der Tat eine große Anzahl von Transformatoren, die relativ teuer sind; außerdem sind die Querschnitte der Kabel relativ groß, und die Regelung der Spannung ist schwierig und teuer.
- Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, alle diese Transformatoren wegzulassen oder eventuell einen einzigen Transformator oder Autotransformator zu verwenden, und den Querschnitt der Kabel zu vermindern. Die Regelung der Spannung erfolgt auf herkömmliche Weise und ist daher sehr einfach. Daraus ergibt sich ein wesentlich verminderter Selbtstkosten- und Installationspreis.
- Außerdem ist anzumerken, daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem Mittel zur Strombegrenzung (allgemeine Funktion, die als "slow start" wirkt) beim Einschalten des Serienkreises kombiniert werden kann.
- In der Figur 1 ist eine Halbleiterschaltung wiedergegeben, die einer herkömmlichen Schaltung ähnlich ist und eine mögliche Veränderung nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
- In der Figur 2 ist eine Halbleiterschaltung wiedergegeben, die einer herkömmlichen Schaltung ähnlich ist und eine andere Veränderung nach dem Stand der Technik veranschaulicht.
- In der Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht.
- In der Figur 1 weist die Vorrichtung 1 eine Halbleiterschaltung 3 auf, die parallel zu jedem Bauteil, wie beispielsweise einer Lampe 5, der Serienschaltung gelegt ist. Eine erste Klemme 7 der Halbleiter-Bauelements 3, das vorzugsweise ein Triac ist, ist in vorteilhafter Weise mit dem Eingang der Lampe 5 verbunden, und eine zweite Klemme 9 ist mit dem Ausgang der Klemme 5 verbunden. Der Triac 3 weist außerdem ein Gate 11 auf, das über zwei entgegengesetzt gerichtete Zenerdioden 13, 15 oder einen gleichwertigen Diac mit dem Zweig der zweiten Klemme verbunden ist.
- Der Kreis umfaßt noch einen Strombegrenzungswiderstand 17 und einen Widerstand 19, der ermöglicht, die Spannung zwischen dem Gate und der ersten Klemme des Triacs aufrechtzuerhalten.
- Die vorstehend beschriebene Schaltung ermöglicht, die Spannung und/oder den Strom des Serien-Bauteils, das in dem vorliegenden Fall eine Lampe ist, dauernd zu messen. Die Verwendung von zwei entgegengesetzt gerichteten Zenerdioden oder eines Diacs ermöglicht, die Spannung bei jeder Halbwelle zu kontrollieren.
- Im Falle des Durchbrennens der Lampe 5 würde die Spannung an ihren Klemmen normalerweise bis auf die Versorgungsspannung der Serienschaltung ansteigen. Sobald jedoch die Spannung größer als die von den Zenerdioden 13, 15 vorgegebene Schwellenspannung wird, wird der Triac 3 eingeschaltet und in dem leitenden Zustand gehalten. Daraus ergibt sich, daß der Strom über den Triac geleitet wird, um die folgenden Bauteile der Serienschaltung zu versorgen.
- Es ist leicht festzustellen, daß die Umschaltung sehr rasch erfolgt, und zwar in weniger als einer Millisekunde.
- In der Figur 2 ist eine andere Schaltung wiedergegeben, die eine mögliche Veränderung nach dem Stand der Technik veranschaulicht, und bei der die zwei entgegengesetzt gerichteten Dioden durch einen DIAC-Halbleiter 21 ersetzt wurden. Im übrigen wurde ein Kondensator 23 vorgesehen, der die erste Klemme 7 über den DIAC-Halbleiter 21 mit dem Gate 11 verbindet.
- Infolge des so verwirklichten RC-Glieds wird eine Verzögerung bei dem Einschalten des Nebenschlußkreises erhalten. Dies ermöglicht, den echten Effektivwert des Stroms auf einem nicht über dem Nennstrom liegenden Wert zu halten.
- Die Zeitkonstante wird festgelegt in Abhängigkeit von der Anzahl der in Serie geschalteten Bauteile, und der maximalen echten Effektivspannung, die in jedem Augenblick an den Klemmen irgendeines Bauteils zulässig ist, das heißt, in Abhängigkeit von der Anzahl der durchgebrannten Lampen, die die Schaltung aushalten kann.
- Der Kondensator lädt sich auf, erreicht die Auslösespannung des DIAC-Halbleiters 21, der zündet und durch kapazitive Entladung einen Impuls auf den TRIAC- Halbleiter 3 gibt. Wenn der TRIAC gesperrt bleibt, wiederholt sich das Phänomen. Wenn der TRIAC eingeschaltet wird, bleibt er durchlässig, und zwar bis zu dem Ende der Halbperiode.
- Als Beispiel können im Fall von 24 V-Lampen als Werte für die verwendeten Bauelemente genannt werden ein Kondensator 23 von 100 nF, und ein Widerstand 17 von 22 kOhm. Dabei wird eine Verzögerung von 2,2 ins erhalten.
- Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in der Figur 3 wiedergegeben ist, ist das Verhalten der Schaltung innerhalb des Bereichs von 0 bis 4 durchgebrannten Lampen bei 10 in Serie geschalteten Lampen unabhängig von der Anzahl der durchgebrannten Lampen.
- Infolge eines Stromkreises, der einen Strombegrenzungswiderstand 17 und zwei entgegengesetzt gerichtete Zenerdioden 73, 75 enthält, wird während des betrachteten Zeitintervalls von 2,5 bis 7,5 ms eine konstante Versorgung aufrechterhalten. Das RC-Glied 25, 23, dessen Widerstand 25 größer als der Strombegrenzungswiderstand 17 ist, wird mit einem konstanten Wert versorgt, so daß es zwischen 4,5 und 7,5 ms immer mit der gleichen Spannung versorgt wird.
- Diese Vorrichtung ermöglicht, durch eine geeignete Wahl der Werte der Bauelemente eine echte Effektivspannung aufrechtzuerhalten, die nicht größer als die Nennspannung der in Serie geschalteten Lampen ist.
- Ein Vorteil ist, daß billige elektronische Bauelemente verwendet werden. Außerdem ist die erforderliche Anzahl dieser Bauelemente besonders gering.
- Ein weiterer Vorteil ist, daß die Umschaltung vollständig statisch erfolgt und nur nach der Kontrolle der einwandfreien Funktionsweise des Bauteils 5 ausgeführt wird.
- Es ist offensichtlich, daß die oben erwähnten elektronischen Bauelemente durch gleichwertige Bauelemente ersetzt werden können.
- Es kann auch vorgesehen werden, die erfindungsgemäße Schaltung in Form einer einzelnen integrierten Schaltung zu verwirklichen, wodurch der Selbstkostenpreis noch weiter gesenkt wird.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch mit einem Mittel zur Begrenzung des Stroms beim Einschalten des Serienkreises kombiniert werden. Ein solches Mittel kann beispielsweise aus einer integrierten Schaltung der Reihe TDA 1024, kombiniert mit einem Triac, aus einer Drosselspule, oder aus einem Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) bestehen.
- Es ist anzumerken, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für jede Art von Serienschaltung eignet. Als Beispiel können 10 Bauteile für 24 V, oder 20 Bauteile für 12 V, wie beispielsweise Glühlampen oder Leuchtstofflampen, und insbesondere Halogenlampen genannt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich ebenfalls für herkömmliche Strominjektoren.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur automatischen Wiederherstellung
des Netzstroms im Falle des Durchbrennens von einem oder
mehreren, zu einer Serienschaltung gehörenden Bauteilen
(5), die eine Halbleiterschaltung (3) umfaßt, die
parallel zu jedem Bauteil (5) der Serienschaltung gelegt
ist und ein Gate (11), sowie eine mit dem Eingang des
Bauteils (5) verbundene erste Klemme (7) und eine mit dem
Ausgang des Bauteils (5) verbundene zweite Klemme (9)
aufweist, wobei die Halbleiterschaltung (3) eingeschaltet
wird und in dem leitenden Zustand gehalten wird, sobald
die Spannung an ihren Klemmen (7,9) eine vorher
festgelegte Spannungsschwelle zwischen ihrem Gate (11) und
der zweiten Klemme (9) übersteigt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannungsschwelle zwischen dem Gate (11) und
der zweiten Klemme (9) mittels einer Schaltung festgelegt
wird, die einerseits aus einem Halbleiter von Typ DIAC
(21), und andererseits aus einem RC-Glied (25,23) und
zwei entgegengesetzt gerichteten Zenerdioden (73,75)
besteht, wobei:
- die zwei Zenerdioden (73,75) einerseits mit der ersten
Klemme (7), und andererseits über einen
Strombegrenzungswiderstand (17) mit der zweiten Klemme (9) verbunden
sind;
- das RC-Glied (25,23) mit der ersten Klemme (7) und dem
Knotenpunkt zwischen dem strombegrenzungswiderstand (17)
und den Zenerdioden (73,75) verbunden ist;
- und der DIAC (21) mit dem Gate (11) und dem Knotenpunkt
zwischen dem Widerstand (25) und dem Kondensator (23) des
RC-Glieds (25,23) verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halbleiter vom Typ DIAC (21) durch zwei
entgegengesetzt gerichtete Zenerdioden (13,15) ersetzt
ist.
3. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiterschaltung
(3) aus einem Halbleiter vom Typ Triac besteht.
4. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
Widerstand (19) zum Aufrechterhalten der Spannung zwischen dem
Gate (11) und der ersten Klemme (7) der
Halbleiterschaltung (3) aufweist.
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