Zweck der Erfindung
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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.
Technologischer Hintergrund und Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
Ziele der Erfindung
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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.
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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.
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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.
Wesentliche Elemente der Erfindung
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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.
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Gegebenenfalls kann der Halbleiter vom Typ DIAC
durch zwei entgegengesetzt gerichtete Zenerdioden ersetzt
werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung besteht die Halbleiterschaltung aus
einem Triac.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
Kurze Beschreibung der Figuren
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In der Figur 1 ist eine Halbleiterschaltung
wiedergegeben, die einer herkömmlichen Schaltung ähnlich ist
und eine mögliche Veränderung nach dem Stand der Technik
veranschaulicht.
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In der Figur 2 ist eine Halbleiterschaltung
wiedergegeben, die einer herkömmlichen Schaltung ähnlich ist
und eine andere Veränderung nach dem Stand der Technik
veranschaulicht.
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In der Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es ist leicht festzustellen, daß die Umschaltung
sehr rasch erfolgt, und zwar in weniger als einer
Millisekunde.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein Vorteil ist, daß billige elektronische
Bauelemente verwendet werden. Außerdem ist die erforderliche
Anzahl dieser Bauelemente besonders gering.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß die Umschaltung
vollständig statisch erfolgt und nur nach der Kontrolle der
einwandfreien Funktionsweise des Bauteils 5 ausgeführt
wird.
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Es ist offensichtlich, daß die oben erwähnten
elektronischen Bauelemente durch gleichwertige
Bauelemente ersetzt werden können.
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Es kann auch vorgesehen werden, die
erfindungsgemäße Schaltung in Form einer einzelnen integrierten
Schaltung zu verwirklichen, wodurch der Selbstkostenpreis
noch weiter gesenkt wird.
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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.
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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.