DD155375A1

DD155375A1 - ARRANGEMENT FOR CONTROLLING SMALL VOLTAGE LIGHTS FOR SIGNALING

Info

Publication number: DD155375A1
Application number: DD22613980A
Authority: DD
Inventors: Rolf Laube; Hans-Udo Geppert; Guenther Kauerauf; Josef Kreiner; Volker Kunze; Herbert Schnelle; Alfred Wieczorek
Original assignee: Rolf Laube; Geppert Hans Udo; Guenther Kauerauf; Josef Kreiner; Volker Kunze; Herbert Schnelle; Alfred Wieczorek
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1982-06-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtsignalanlagen fuer das Verkehrswesen. Das Ziel der Erfindung ist eine einfache Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen mit Netzspannung zu realisieren. Die Aufgabe ist eine Schaltung zu entwickeln, mit der eine Mehrfachausnutzung der Uebertragungswege moeglich ist, und die die Lampenueberwachung durch die Strommessung ermoeglicht. Das Wesen der Erfindung besteht in einer Zusammenschaltung von Dekodiereinrichtung, Anschwingschaltung und Durchflusswandler. Vom Durchflusswandler besteht eine Rueckkopplung auf die Anschwingschaltung. Eine moegliche Anwendung sind Lichtsignalanlagen fuer den Strassenverkehr.The invention relates to traffic signal systems for transport. The aim of the invention is to realize a simple arrangement for driving low voltage lamps with mains voltage. The task is to develop a circuit with which a multiple utilization of the transmission paths is possible, and which enables the lamp monitoring by the current measurement. The essence of the invention is an interconnection of decoder, Anschwingschaltung and forward converter. From the forward converter there is a feedback to the starting circuit. A possible application are traffic lights for road traffic.

Description

2 2 6 13 92 2 6 13 9

Titel der ErfindungTitle of the invention

Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur SignalisationArrangement for controlling low-voltage lamps for signaling

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Signaleinrichtungen, die mit Kleinspannungslampen ausgerüstet sind, und bei denen die Umformung der Netzwechselspannung in die Kleinspannung unmittelbar an den Kleinspannungslampen vorgenommen wird. Die Erfindung kann vorteilhaft in Lichtsignalanlagen für das Verkehrswesen eingesetzt werden.The field of application of the invention are signal devices which are equipped with low-voltage lamps, and in which the transformation of the AC mains voltage into the extra-low voltage is performed directly on the low-voltage lamps. The invention can be used advantageously in traffic light systems.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Lichtsignalanlagen für den Straßenverkehr werden vorwiegend mit Netzspannungslampen (Normallampen) betrieben. Diese Normallampen haben eine Reihe von Nachteilen und genügen den heutigen Anforderungen, die an eine moderne Lichtsignalanlage gestellt werden, nicht mehr. Die Nachteile sind die'begrenzte Lebensdauer, das ungenügende Verhältnis zwischen Helligkeit und zugeführter Leistung, die ungenügende Festigkeit des Glühfadens bezüglich Erschütterung u.a. Bei LichtsignalanlagenTraffic signal systems for road traffic are mainly operated with mains voltage lamps (standard lamps). These standard lamps have a number of disadvantages and no longer meet today's demands placed on a modern traffic signal system. The disadvantages are the limited lifetime, the insufficient ratio between brightness and power supplied, insufficient strength of the filament with respect to vibration and the like. In traffic lights

22 6 1 3922 6 1 39

des Verkehrswesens gewinnt der Einsatz von Kleinspannungslampen immer mehr an Bedeutung. Diese Lampen haben neben einer größeren Lebensdauer den Vorteil, bei geringerem Energieverbrauch als Normallampen gleiche Lichtausbeute zu gewährleisten und durch die punktförmige Glühfadenanordnung günstige Voraussetzungen für optische Systeme (Reflektor) zu bieten. Die bekannten Anordnungen zur Stromversorgung von Kleinspannungslampen aus dem Netz bestehen in einer Spannungswandlung mittels Transformatoren* Der Nachteil des Prinzips resultiert aus der Notwendigkeit, den Transformator in Lampennähe anzubringen, um Leitungsquerschnitte in normalen Grenzen zu halten. Daraus ergeben sich jedoch konstruktive Schwierigkeiten der Unterbringung des Transformators und seiner thermischen Belastbarkeit. Ein weiterer Nachteil besteht im hohen Materialaufwand (Cu)/ weil für jede Lampe (mit Ausnahme parallelgeschalteter) ein Transformator, eine Leitung und ein Leistungsschalter einzusetzen sind.In traffic, the use of low-voltage lamps is becoming increasingly important. In addition to a longer service life, these lamps have the advantage of ensuring the same light output with lower energy consumption than standard lamps and of providing favorable conditions for optical systems (reflector) due to the point-shaped filament arrangement. The known arrangements for the power supply of low voltage lamps from the grid consist in a voltage conversion by means of transformers * The disadvantage of the principle results from the need to attach the transformer near the lamp to keep line cross sections within normal limits. However, this results in constructive difficulties of accommodating the transformer and its thermal capacity. Another disadvantage is the high cost of materials (Cu) / because a transformer, a line and a circuit breaker are to be used for each lamp (with the exception of parallel).

Die Sicherheitsforderungen für Lichtsignalanlagen sind hoch und setzen u.a. die Überwachung des Lampenausfalls voraus. Die Überwachung wird durch die Auswertung des Lampenstroms realisiert.The safety requirements for traffic lights are high and set u.a. to monitor the lamp failure. The monitoring is realized by the evaluation of the lamp current.

Unter diesem Aspekt zeigen die bekannten Lösungen weitere Nachteile, die durch erhöhte Forderungen an den Transformator abgefangen werden müssenIn this aspect, the known solutions show further disadvantages that have to be compensated by increased demands on the transformer

Dazu gehören: This includes:

- ein kleiner Leerlaufstrom, um den Lampenausfall messen zu können; erfordert großes Blechpaket mit einzelnen versetzten Blechen- A small no-load current to measure the lamp failure can; requires large laminated core with individual staggered sheets

- hohe Sicherheit gegen Windungsschluß; erfordert Zwischenisolierung der Transformatorlagen- high security against winding closure; requires intermediate insulation of the transformer layers

Neben dem Netzbetrieb hat sich für test- und Servicezwecke der Betrieb mit 20 V· Ausgangsspannung als notwendig erwiesen. Unter Verwendung von Transformatoren ist jedoch für°die beabsichtigte Ermittlung von Lampenausfällen die zuverlässige Strom-In addition to mains operation, operation with 20 V · output voltage has proven to be necessary for test and service purposes. However, when using transformers, the intended determination of lamp failures is the reliable current

22 6 1 39 322 6 1 39 3

auswertung über den hohen Spannungsbereich (20 ... 250 V) nicht realisierbar. Der zunehmende Einsatz von kontaktlosen Bauelementen zur Schaltung der Lampenlast (z.B. Triacs) bei Anwendung dynamischer Zündprinzipien (Zündung in jeder Halbwelle) ist bei Verwendung von Transformatoren nur sehr aufwendig möglich. Bei Lampenausfall entsteht im Transformator, hervorgerufen durch eine 90 Grad Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, der Effekt der Gleichstromsättigung, der zur Zerstörung des Transformators führen kann und eine zusätzliche Überwachung erfordert.evaluation over the high voltage range (20 ... 250 V) can not be realized. The increasing use of non-contact components for switching the lamp load (for example triacs) using dynamic ignition principles (ignition in each half-wave) is only very expensive when using transformers. In the event of lamp failure, the effect of DC saturation in the transformer, caused by a 90 degree phase shift between current and voltage, can result in destruction of the transformer and require additional monitoring.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist eine Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur Signalisation zu realisieren, bei der die Umwandlung der Netzspannung in die Kleinspannung mit geringem Aufwand vorgenommen wird. Es muß möglich sein, die Anzahl der Leistungsschalter, Übertragungsleitungen und Überwachungseinrichtungen zu reduzieren. Zu Testzwecken muß es möglich sein, die Anordnung auch mit Kleinspannung zu speisen.It is an arrangement for driving low voltage lamps to realize the signaling, in which the conversion of the mains voltage is made in the low voltage with little effort. It must be possible to reduce the number of power switches, transmission lines and monitoring devices. For test purposes, it must be possible to feed the arrangement with low voltage.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, ist, eine Anordnung zum Ansteuern von Kleinspannungslampen zur Signalisation zu realisieren, die bei abgetrennter Last einen vernachlässigbaren Reststrom aufnimmt, und die es ermöglicht, die Auswertung (Dekodierung) von auf einfache Art kodierten Ansteuersignalen vorzunehmen, um Leistungsschalter, Übertragungsleitungen und Überwachungseinrichtungen einzusparen. Zu Test- und Servicezwecken muß neben dem Netzbetrieb der Betrieb mit 20 V möglich sein.The object which is achieved by the invention is to realize an arrangement for driving low-voltage lamps for signaling, which receives a negligible residual current when the load is disconnected, and which makes it possible to carry out the evaluation (decoding) of control signals coded in a simple manner, to save circuit breakers, transmission lines and monitoring equipment. For test and service purposes, in addition to mains operation, operation with 20 V must be possible.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer Dekodiereinrichtung und zwei nachgeschalteten Spannungswandlern, die dieThe inventive arrangement consists of a decoder and two downstream voltage transformers, the

22 6 1 39 ₄ 22 6 1 39 ₄

Kleinspannungslampen ansteuern β Deder Spannungswandler besteht aus einer Anschwingschaltung und einem Durchflußwandler. Eine Rückkopplungsschaltung verbindet den Sekundärstromkreis des Flußwandlers mit dem Eingang der Anschwingschaltung· Die Dekodierung erfolgt mit einer Diodenschaltung. Die Dioden sind so geschaltet, daß der eine Spannungswandler nur von den positiven Halbwellen, und der andere Spannungswandler nur von den negativen Halbwellen angesteuert werden kann. Der Eingang der Anschwingschaltung ist mit der Dekodiereinrichtung durch einen Kondensator verbunden. Dadurch kann die Anschwingschaltung nur in den aktiven Zustand gehen, wenn die entsprechende Halbwelle (positiv oder negativ) eine steile Anschnittsflanke aufweist. Diese Anschnittsflanke wird erreicht, indem die entsprechende Halbwelle nach dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung durch Leistungsschalter, die z.B. mit Tr.iac's arbeiten, geschaltet sind. An die Anschwingschaltung ist ein Flußwandler angeschlossen. Der Flußwandler besteht aus einem Schaltelement und einem Leistungsübertrager. Der Leistungsübertrager besitzt zur Schwingungserzeugung eine Mitkopplung auf das Schaltelement. Im Sekundärkreis des Leistungsübertragers befindet sich die Kleinspannungslampe zur Signalisation sowie ein Steuerübertrager. Der Steuerübertrager ist mit ssiner Sekundärwicklung an eine Gleichrichterschaltung angeschlossen. Die Gleichrichterschaltung ist mit der Anschwingschaltung verbunden. Die Funktion der Schaltung ist folgende.Controlling low-voltage lamps β The voltage converter consists of a starting circuit and a forward converter. A feedback circuit connects the secondary circuit of the flux converter to the input of the start-up circuit. The decoding takes place with a diode circuit. The diodes are connected so that one voltage converter can only be driven by the positive half-waves, and the other voltage converter only by the negative half-waves. The input of the start-up circuit is connected to the decoder by a capacitor. As a result, the starting circuit can only go into the active state if the corresponding half-wave (positive or negative) has a steep leading edge. This leading edge is achieved by the corresponding half-wave after the zero crossing of the AC mains voltage by circuit breakers, for example, work with Tr.iac's, are connected. To the Anschwingschaltung a Flußwandler is connected. The flux converter consists of a switching element and a power transformer. The power transformer has a positive feedback to the switching element for vibration generation. In the secondary circuit of the power transformer is the low voltage lamp for signaling and a control transformer. The control transformer is connected with ssiner secondary winding to a rectifier circuit. The rectifier circuit is connected to the start-up circuit. The function of the circuit is as follows.

Di© auf der Übertragungsleitung ankommenden Halbwellen steuern nach der Dekodierung die Spannungswandler an. Die Anschnittsflanke jeder Halbwelle bewirkt, daß die Anschwingschaltung das Schaltelement des Durchflußwandlers aktiviert· Oer Strom, der durch das Schaltelement und die Prirnärseite des Leistungsübertragers fließt, wird auf den Eingang des Schaltelements rückgekoppelt. Das Schaltelement wird zum Schwingen angeregt. Voraussetzung dazu ist jedoch, daß die Anschwingschaltung weiterhin das Schaltelement aktivieren kann. Da die Anschwingschaltung nur von der Anschnittsflanke der Halbwelle angesteuert werden kann, wird eine weitere Spannung zur Ansteuerung der Anschwingschaltung benötigt· Diese Spannung wird erzeugt, indem der Strom, der durchDi © Halfwaves arriving on the transmission line control the voltage transformers after decoding. The chamfer edge of each half cycle causing the oscillation build-up activates the switching element of the forward · Oer current flowing through the switching element and the Prirnärseite of the power transformer is fed back to the input of the switching element. The switching element is excited to vibrate. The prerequisite for this, however, is that the starting circuit can continue to activate the switching element. Since the starting circuit can be driven only by the leading edge of the half-wave, a further voltage for driving the starting circuit is required. This voltage is generated by the current flowing through

22 6 1 3922 6 1 39

die Kleinspannungslampe fließt, zusätzlich durch die Primärwicklung des Steuerübertragers fließt. Auf der Sekundärseite des Steuerübertragers wird die entstehende Spannung gleichgerichtet, und dient zur Ansteuerung der Anschwingschaltung. Da bei Lampenausfall kein Strom durch den Steuerübertrager fließt, wird keine Spannung zum Ansteuern der Anschwingschaltung erzeugt, der Spannungswandler schwingt nur kurz an und seine Stromaufnahme geht danach auf Null. Ein Lampenausfall kann somit zuverlässig ausgewertet werden.the low voltage lamp flows, in addition flows through the primary winding of the Steuerübertragers. On the secondary side of the Steuerübertragers the resulting voltage is rectified, and serves to control the Anschwingschaltung. Since no current flows through the control transmitter in the event of lamp failure, no voltage is generated to drive the starting circuit, the voltage converter only oscillates briefly and its current consumption then goes to zero. A lamp failure can thus be reliably evaluated.

Ausführungsbeispielembodiment

Eine detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise wird an Hand von Fig. 1 vorgenommen.A detailed description of the operation will be made with reference to FIG.

Auf der Übertragungsleitung 1 werden die Steuersignale von der Steuereinheit der gesamten Anlage übertragen. Die Steuereinheit einer Lichtsignalanlage liefert die Signale zum Ansteuern der Kleinspannungslampe 12 in den positiven Halbwellen und die Signale zum Ansteuern der Kleiospannungslampe in den negativen Halbwellen der Netzwechselspannung. Die richtige Zuordnung der Halbwellen zu den Kleinspannungslampen wird mit Hilfe der Dioden 2 und 3 realisiert. Jedem Lampenpaar ist in der Steuereinheit ein Leistungsschalter, z.B. Triac, zugeordnet, der in jeder Halbwelle nach dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung die erfindungsgemäße Anordnung an das Netz schaltet. Diese Zuschaltung erfolgt jedoch nur, wenn der Signalzeitplan (Vorschrift der Signalwechsel) das erfordert. In der weiteren Beschreibung wird nur die positive Halbwelle betrachtet. . .On the transmission line 1, the control signals are transmitted from the control unit of the entire system. The control unit of a traffic signal system supplies the signals for driving the low-voltage lamp 12 in the positive half-waves and the signals for driving the Kleivolannungslampe in the negative half-waves of the mains AC voltage. The correct assignment of the half-waves to the low-voltage lamps is realized with the aid of diodes 2 and 3. Each lamp pair in the control unit is a circuit breaker, e.g. Triac, associated, which switches the arrangement according to the invention to the grid in each half-wave after the zero crossing of the AC mains voltage. However, this connection takes place only if the signal schedule (regulation of the signal change) requires this. In the further description only the positive half wave is considered. , ,

Durch die Schaltung des Leistungsschalters nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung, besitzt jede Halbwelle eine steile Anschnittsflanke-.By the circuit of the circuit breaker after the zero crossing of the AC voltage, each half-wave has a steep leading edge.

Im Moment der Anschnittflanke wird der Transistor 6.über den Kondensator 4 und den Widerstand 5 durchgesteüert. Transistor steuert seinerseits über die Widerstände 7 und 9 sowie über die Mitkopplungsspule des Leistungsübertragers 10 den TransistorAt the moment of the leading edge of the transistor 6 is durchgesteüertüber the capacitor 4 and the resistor 5. Transistor in turn controls via the resistors 7 and 9 and via the positive feedback coil of the power transformer 10, the transistor

2 2 6 13 9 62 2 6 13 9 6

durch« Der Emitter des Transistors 6 ist über den Stützkondensator 8 mit Masse verbunden. Transistor Il erregt den eisenlosen Leistungsübertrager 10. Mit dem bekannten Prinzip des Durchflußwandlers (Transverters) wird über die Mitkopplungsspule des Leistungsübertragers 10 eine 20 KHz Rechteckspannung gebildet, die auf der Sekundärseite vom Leistungsübertrager 10 die notwendige Leistung für die Kleinspannungslampe 12 induziert. Der Steuertransformator 13 im Stromkreis von Lampe 12 überträgt bei funktionsfähiger Lampe eine Spannung, die über Diode 15 und Kondensator 16 gleichgerichtet, geglättet und über den Widerstand 14 auf die Basis von Transistor 6 rückgeführt wird. Diese Spannung aktiviert über die gesamte Halbwelle den Transistor 6, wodurch das Schwingen des Durchflußwandlers aufrechterhalten werden kann.The emitter of the transistor 6 is connected to ground via the backup capacitor 8. Transistor Il energizes the ironless power transformer 10. With the known principle of Durchflußwandlers (Transverter) is formed on the positive feedback coil of the power transformer 10, a 20 KHz square wave voltage, which induces the necessary power for the low voltage lamp 12 on the secondary side of the power transformer 10. The control transformer 13 in the circuit of lamp 12 transmits a functional lamp, a voltage which is rectified via diode 15 and capacitor 16, smoothed and returned via the resistor 14 to the base of transistor 6. This voltage activates the transistor 6 over the entire half-wave, whereby the oscillation of the flow converter can be maintained.

Claims

2 2 6 13 9 ₇

claim

Arrangement for the control of low voltage lamps for signaling, which consists of a decoder and two voltage transformers and the mains voltage as well as test and
Serviced with 20 V AC voltage,
characterized in that the decoding device (2, 3)
the positive half-waves of the drive signals to the first
and the negative half-waves of the drive signals on the
second voltage converter switches that each voltage converter consists of a start-up circuit (5, 6, 7, 8, 9) and a Durchflußwandler that the input of the start-up circuit
is connected via a capacitor (4) to the decoder (2, 3) and via a feedback to the lamp circuit, that the output of the starting circuit with the flow converter, the from the power transformer (10) and the
Circuit breaker (11) is connected, connected in the
Secondary circuit of the power transformer (10), the low voltage lamp (12) and a control transformer (13) is arranged, and that the control transformer (13) with the rectifier circuit
(15, 16) forms the feedback to the start-up circuit.

For this / \ page drawing