DE10148644B4

DE10148644B4 - Electrical circuit for dimming the two half-waves of an alternating voltage

Info

Publication number: DE10148644B4
Application number: DE10148644.8A
Authority: DE
Inventors: Eric Burger; Gerhard Tritt
Original assignee: Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: Seuffer GmbH and Co KG
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: DE10148644A1

Abstract

Elektrische Schaltung zum Dimmen der beiden Halbwellen einer Wechselspannung mit einer Gleichrichter-Vollbrücke, welche mit ihren Wechselstromeingängen über einen in Reihe liegenden Verbraucher mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist und in deren Diagonale der Gleichstromausgänge ein Feldeffekttransistor als steuerbares Halbleiterelement geschaltet ist, bei dem die zwischen Gate und Source angelegte Steuerspannung von einem synchron mit dem Wechselstrom betriebenen ersten Optokoppler gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Optokoppler (D4) derart gesteuert ist, dass die Phasenanschnitte in den Null-Durchgängen des Wechselstroms liegen, wobei die Schaltstrecke des Feldeffekttransistors (T1) jeweils im Sperrbereich und dazwischen im Durchschaltbereich und ohmschen Bereich betrieben ist, und – eine Überwachungsschaltung (R26, R28, D5) vorgesehen ist, die parallel zur Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors (T1) geschaltet ist, zur Überwachung von Surge-Impulsen an der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors (T1) und zur Abschaltung des ersten Optokopplers (D4) beim Auftreten einer Überspannung, wobei – die Überwachungsschaltung (R26, R28, D5) einen parallel zur Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors (T1) geschalteten Varistor (R26), über welchen die Surge-Impulse abgeleitet werden, und einen zum Varistor (R26) in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand (R28) aufweist, an welchem die zur Erzeugung der optischen Signale eines zweiten Optokopplers (D5) erforderliche Spannung abgegriffen wird, und wobei – die Surge-Impulse durch den zweiten Optokoppler (D5) detektiert werden.Electrical circuit for dimming the two half-waves of an AC voltage with a rectifier full bridge, which is connected with its AC inputs via a series-connected load with an AC voltage source and in the diagonal of the DC outputs, a field effect transistor is connected as a controllable semiconductor element, wherein the between gate and Source applied control voltage is formed by a synchronously operated with the AC first optocoupler, characterized in that - the first optocoupler (D4) is controlled such that the phase cuts are in the zero-crossings of the alternating current, wherein the switching path of the field effect transistor (T1) is operated in each case in the stopband and in between in the switching range and ohmic range, and - a monitoring circuit (R26, R28, D5) is provided, which is connected in parallel to the source-drain path of the field effect transistor (T1), for monitoring S. urge pulses at the source-drain path of the field effect transistor (T1) and for switching off the first optocoupler (D4) when an overvoltage occurs, wherein - the monitoring circuit (R26, R28, D5) parallel to the source-drain path of the field effect transistor (T1) connected varistor (R26), via which the surge pulses are derived, and a to the varistor (R26) connected in series ohmic resistance (R28), at which the required for generating the optical signals of a second optical coupler (D5) Voltage is tapped, and wherein - the surge pulses are detected by the second optocoupler (D5).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum Dimmen der beiden Halbwellen einer Wechselspannung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an electrical circuit for dimming the two half-waves of an AC voltage according to the preamble of claim 1.

[Stand der Technik][State of the art]

Eine derartige aus der DE 37 43 556 A1 bekannte Schaltung weist eine Gleichrichtervollbrücke auf, welche mit ihren Wechselstromeingängen über einen in Reihe liegenden Verbraucher mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist und in deren Diagonale der Gleichstromausgänge ein steuerbares Halbleiterbauelement geschaltet ist. Bei der bekannten Schaltungsanordnung ist hierzu in der Diagonalen der Gleichstromausgänge eine aus einer Trigger-Diode und einem Varistor bestehende Reihenschaltung, die von zwei komplementären Transistorstufen angesteuert werden, vorgesehen, um in den beiden Halbwellen der Wechselspannung einen Phasenanschnitt zu erreichen.Such from the DE 37 43 556 A1 known circuit has a rectifier full bridge, which is connected with its AC inputs via a series-connected consumer with an AC voltage source and in the diagonal of the DC outputs a controllable semiconductor device is connected. In the known circuit arrangement for this purpose in the diagonal of the DC outputs one consisting of a trigger diode and a varistor series circuit, which are controlled by two complementary transistor stages, provided to achieve a phase angle in the two half-waves of the AC voltage.

Die Druckschrift DE 33 00 452 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Wechselstroms, wobei die Schaltungsanordnung im Wesentlichen aus einer Gleichrichterbrücke (Diodenbrücke) besteht, die einerseits an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen ist und andererseits an ihren Ausgangsklemmen zur Abgabe einer gleichgerichteten Spannung ein steuerbares Bauelement aufweist. Das steuerbare Bauelement kann hierbei in Form eines steuerbaren Widerstands oder Schalters, und insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors vorgesehen sein. Mittels dieses Bauelements besteht die Möglichkeit, die Wechselspannung und ein damit in Verbindung stehender Wechselstrom in ihrer Größe zu beeinflussen und somit eine Leistungssteuerung vorzunehmen, wobei die sich ergebende Wechselspannung weiterhin im Wesentlichen sinusförmig ist. Das steuerbare Bauelement kann hierbei im Sinne eines Ein- oder Ausschaltens oder auch in kontinuierlicher Weise mit einer stetigen Veränderung des Widerstands betrieben werden, so dass bei Zuführen beispielsweise einer stetig veränderbaren Spannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors eine stetige Veränderung der Wechselspannung unter im Wesentlichen Beibehaltung der Sinusform möglich ist.The publication DE 33 00 452 A1 discloses a circuit arrangement for controlling an alternating current, wherein the circuit arrangement consists essentially of a rectifier bridge (diode bridge), which is connected on the one hand to an AC voltage source and on the other hand has a controllable component at its output terminals for delivering a rectified voltage. The controllable component may in this case be provided in the form of a controllable resistor or switch, and in particular in the form of a field-effect transistor. By means of this device, it is possible to influence the AC voltage and an AC current related thereto in their size and thus perform a power control, wherein the resulting AC voltage is still substantially sinusoidal. The controllable component can in this case be operated in the sense of switching on or off or in a continuous manner with a constant change of resistance, so that when supplying, for example, a continuously variable voltage at the control electrode of the field effect transistor, a continuous change in the AC voltage while substantially maintaining the Sinusoidal shape is possible.

Die Druckschrift DE 197 28 538 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung für einen Dimmer, wobei der Dimmer in Gehäuseform vorgesehen und insbesondere als ein gegen einen Serienschalter austauschbarer Doppeldimmer für den Einsatz in einer Unterputzdose ausgebildet ist. Der Dimmer enthält zwei getrennte Leistungsstufen für den Anschluss zweier Verbraucher, die auch unabhängig voneinander gesteuert werden können. Es ist ein Netzteil zur Versorgung der elektronischen Einrichtungen vorgesehen, und es erfolgt eine Synchronisation der Steuerung mit dem angeschlossenen Wechselstromnetz, wobei Mittel vorgesehen sind zur Erfassung von Stromnulldurchgängen.The publication DE 197 28 538 A1 discloses a circuit arrangement for a dimmer, wherein the dimmer provided in housing form and in particular is designed as a replaceable against a series switch double dimmer for use in a flush-mounted box. The dimmer includes two separate power levels for connecting two loads, which can also be controlled independently. There is provided a power supply for supplying the electronic devices, and there is a synchronization of the controller with the connected AC mains, wherein means are provided for detecting current zero crossings.

In einer zugehörigen Steuerungseinrichtung sind zur Pegelanpassung und zur Potenzialtrennung Optokoppler vorgesehen, mittels denen über Potenzialgrenzen eine unabhängige Steuerung möglich ist. Die Steuerung erfolgt für beide Leistungsstufen durch einen gemeinsamen Microcontroller.In an associated control device, optocouplers are provided for level matching and potential separation, by means of which an independent control is possible across potential limits. The control is carried out for both power levels by a common microcontroller.

Die Druckschrift DE 40 19 829 A1 offenbart eine Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung mit Kurzschluss- und Überlastungsschutz, wobei zur Bereitstellung einer entsprechenden Leistung an einen Verbraucher an eine Wechselstromquelle ein Brückengleichrichter angeschlossen ist, zwischen dessen Gleichstromausgängen ein transistorbestückter Schalter angeordnet ist. Ansteuerungssignale für den Transistor sind mit der Spannung der Wechselstromquelle synchronisiert und werden über einen Oktokoppler bereitgestellt. Entsprechende Überlastungszustände wie beispielsweise ein Kurzschluss werden mittels Schutzschaltungen erfasst, und es wird in Verbindung mit einer Ansteuerung des Oktokopplers bewirkt, dass die Leistungszufuhr zu dem Verbraucher abgeschaltet wird. Es wird ferner auch der Strom durch den Verbraucher überwacht und in Abhängigkeit davon ein Ansteuerungssignal erzeugt, wodurch der Transistor abgeschaltet bzw. geöffnet wird, dass sowohl der Brückengleichrichter als auch der Verbraucher geschützt werden.The publication DE 40 19 829 A1 discloses an AC power control device with short-circuit and overload protection, wherein a bridge rectifier is connected to provide a corresponding power to a consumer to an AC power source, between whose DC outputs a transistorbestückter switch is arranged. Drive signals for the transistor are synchronized with the voltage of the AC source and are provided via an oct coupler. Corresponding overload conditions such as a short circuit are detected by means of protection circuits, and it is in connection with a control of the octoppler causes the power supply to the consumer is turned off. Also, the current through the load is monitored and a drive signal is generated in response thereto, thereby turning off or opening the transistor to protect both the bridge rectifier and the load.

Die Druckschrift GB 2 152 772 A offenbart ein elektrisches Leistungssteuerungssystem, wobei an einem an einer Wechselstromquelle angeschlossenen Brückengleichrichter zwischen den Gleichstromausgängen ein Transistorschalter angeordnet ist. Mittels des Transistorschalters wird die Leistungszufuhr zu einem Verbraucher ein- und ausgeschaltet. Ferner ist eine zweite Schalteinrichtung vorgesehen, die dazu dient, das jeweilige Umschalten des Transistorschalters zu unterstützen, wobei unter vorbestimmten Bedingungen die zweite Schalteinrichtung ein Abschalten des Transistorschalters bewirkt.The publication GB 2 152 772 A discloses an electrical power control system wherein a transistor switch is disposed between the DC outputs at a bridge rectifier connected to an AC power source. By means of the transistor switch, the power supply to a consumer is switched on and off. Further, a second switching means is provided which serves to assist the respective switching of the transistor switch, wherein under predetermined conditions, the second switching means causes a turn-off of the transistor switch.

Die Druckschrift GB 2 278 746 A offenbart eine Leistungssteuerungseinrichtung für Elektromotoren, und insbesondere für kleine Spaltpolmotoren, wobei der Motor mit der Leistungsversorgungseinrichtung bei jedem Null-Durchgang verbunden wird und die Verbindung in Abhängigkeit von der zu steuernden Leistung im Verlauf jedes Halbzyklus beendet wird. Ein Kondensator ist vorgesehen zur Aufnahme von im Motor gespeicherter Energie nach dem Abschalten der Leistungszufuhr zur Vermeidung einer Störabstrahlung.The publication GB 2 278 746 A discloses a power control device for electric motors, and more particularly for small shaded pole motors, wherein the motor is connected to the power supply device at each zero crossing and the connection is terminated in response to the power to be controlled during each half cycle. A capacitor is provided for receiving energy stored in the motor after switching off the power supply to avoid disturbance radiation.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, mit einem einfachen Schaltungsaufbau ein Dimmen der beiden Halbwellen einer Wechselspannung zu erreichen. The present invention is based on the object to achieve a dimming of the two half-waves of an AC voltage with a simple circuit construction.

Diese Aufgabe wird bei der elektrischen Schaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in the electrical circuit of the type mentioned according to the invention with the features of claim 1.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.In the dependent claims advantageous developments of the invention are given.

Bei der Erfindung wird das steuerbare Halbleiterbauelement von einem Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet, dessen Source-Drain-Strecke in der Diagonalen der Gleichstromausgänge der Gleichrichtervollbrücke liegt. Die zwischen Gate und Source angelegte Steuerspannung des Feldeffekttransistors wird von einem synchron mit dem Wechselstrom betriebenen Optokoppler gebildet. Der Betrieb des Optokopplers und damit die zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors angelegte Steuerspannung wird vorzugsweise derart eingestellt, dass der Phasenanschnitt in den jeweiligen Nulldurchgängen des dem Verbraucher zugeführten Wechselstromes liegt. Hierzu wird die Schaltstrecke (Source-Drain-Strecke) des Feldeffekttransistors bei Beginn der jeweiligen Halbwelle durchgeschaltet und nach Ablauf eines bestimmten Teils der Halbwelle, welcher von der gewünschten Dimmung abhängt, wird der Durchlasswiederstand der Schaltstrecke so gesteuert, dass bei der restlichen Halbwelle ein verringerter Strom fließt, der am Ende (Nulldurchgang) der Halbwelle abgeschaltet wird, um das gewünschte Dimmen der jeweiligen Halbwelle zu erhalten. Bei der Erfindung wird ein weiches Abschalten, bei dem die im Nulldurchgang durchgeschaltete Schaltstrecke des MOSFET im Verlauf der Haltwelle in den Ohmschen Bereich gebracht wird und bei Erreichen oder in der Nähe des folgenden Nulldurchgangs in den Sperrbereich kommt und dann wieder bei Beginn der neuen Haltwelle durchgeschaltet wird.In the invention, the controllable semiconductor device is formed by a field effect transistor (MOSFET) whose source-drain path lies in the diagonal of the DC outputs of the rectifier full bridge. The control voltage of the field effect transistor applied between gate and source is formed by an opto-coupler operated in synchronism with the alternating current. The operation of the optocoupler and thus the control voltage applied between the gate and the source of the field effect transistor is preferably set such that the phase angle is in the respective zero crossings of the alternating current supplied to the consumer. For this purpose, the switching path (source-drain path) of the field effect transistor is turned on at the beginning of each half-wave and after a certain part of the half-wave, which depends on the desired dimming, the Durchlasswiederstand the switching path is controlled so that in the remaining half-wave a reduced Current flows, which is switched off at the end (zero crossing) of the half-wave to obtain the desired dimming of the respective half-wave. In the invention, a soft shutdown, in which the switched through at zero crossing switching path of the MOSFET is brought in the course of the holding wave in the ohmic region and on reaching or in the vicinity of the following zero crossing in the blocking region and then switched through again at the beginning of the new holding wave becomes.

Durch die Erfindung wird ein Phasenanschnitts-Dimmer geschaffen, bei welchem ein Feldeffekttransistor (MOSFET) als weich schaltendes Bauteil verwendet wird. Die Ansteuerung des Feldeffekttransistors (MOSFET) erfolgt über einen Optokoppler, welcher die galvanische Trennung zwischen Netz und Niederspannung sicherstellt. Die Erfindung kommt vorzugsweise zur Steuerung des Versorgungsstroms von induktiven Verbrauchern z. B., Transformatoren und Elektromotoren zur Anwendung.The invention provides a phase-angle dimmer in which a field-effect transistor (MOSFET) is used as the soft-switching component. The control of the field effect transistor (MOSFET) via an optocoupler, which ensures the electrical isolation between the mains and low voltage. The invention is preferably for controlling the supply current of inductive loads z. B., transformers and electric motors for use.

Wenn der Verbraucher ein induktiver Verbraucher, beispielsweise die Primärseite eines Transformators ist, können durch Störungen an der über den Transformator betriebenen Last, beispielsweise Niedervoltleuchten, wie Halogenlampen, Phasenverschiebungen sich ergeben. Beispielsweise beim Ausfall einer Niedervoltleuchte kann sich eine Phasenverschiebung des Versorgungsstromes von annähernd 90° ergeben. Es ist dann nicht mehr gewährleistet, dass der Phasenanschnitt im jeweiligen Nulldurchgang des Stromes erfolgt. Bei einem Schalten außerhalb des Stromnulldurchgangs wird durch Selbstinduktion eine Gegenspannung erzeugt, welche ein Vielfaches der Versorgungsspannung erreichen kann. Dies führt zu einer unzulässigen Verlustleistung und Erwärmung des Feldeffekttransistors, so dass dieser nach einigen Schaltzyklen zerstört werden kann. Um dies zu vermeiden, ist eine Überwachungsschaltung vorgesehen, welche den Zeitpunkt des jeweiligen Phasenanschnitts überwacht und mit dem jeweiligen Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Wechselstroms vergleicht. Die Überwachungsschaltung kann hierzu einen Optokoppler aufweisen, dessen zeitliche Folge der optischen Signale mit den jeweiligen Nulldurchgängen des Wechselstroms für den Vergleich in Beziehung gesetzt wird. Die Überwachungsschaltung kann hierzu einen parallel zur Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors geschalteten Ohmschen Widerstand aufweisen, an welchem die zur Erzeugung der optischen Signale des Optokopplers erforderliche Signalspannung abgegriffen wird.If the load is an inductive load, for example, the primary side of a transformer, phase shifts may result from disturbances in the load across the transformer, such as low voltage lights, such as halogen lamps. For example, in the event of failure of a low-voltage lamp, a phase shift of the supply current of approximately 90 ° may result. It is then no longer guaranteed that the phase angle occurs in the respective zero crossing of the current. When switching outside of the current zero crossing, a reverse voltage is generated by self-induction, which can reach a multiple of the supply voltage. This leads to an inadmissible power loss and heating of the field effect transistor, so that it can be destroyed after a few switching cycles. In order to avoid this, a monitoring circuit is provided which monitors the time of the respective phase angle and compares it with the respective instant of the zero crossing of the alternating current. For this purpose, the monitoring circuit can have an optocoupler whose time sequence of the optical signals is related to the respective zero crossings of the alternating current for the comparison. For this purpose, the monitoring circuit can have an ohmic resistor connected in parallel with the source-drain path of the field-effect transistor, at which the signal voltage required for generating the optical signals of the optocoupler is tapped off.

Ferner können energiereiche Surge-Impulse (Überspannungsimpulse) ebenfalls zur Zerstörung des Feldeffekttransistors führen, da ein Überkopfzünden, wie bei einem Triac, zur Weiterleitung der Energie der Störimpulse nicht möglich ist. Zur Behebung dieses Problems ist in vorteilhafter Weise parallel zur Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors ein Varistor geschaltet, über welchen die Surge-Impulse abgeleitet werden. Vorzugsweise sind der Ohmsche Widerstand, an welchen die Signalspannung zur Erzeugung der optischen Signale des Optokopplers abgegriffen wird, und der Varistor zur Bildung eines Varistor-Widerstands-Spannungsteilers, der parallel zur Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors liegt, in Reihe geschaltet. Auch bei der Überwachungsschaltung wird eine galvanische Trennung zwischen Netz und Niederspannung durch den Optokoppler erreicht.Furthermore, high-energy surge pulses (overvoltage pulses) can likewise lead to the destruction of the field-effect transistor, since an overhead ignition, as in a triac, is not possible for forwarding the energy of the interference pulses. To remedy this problem, a varistor is connected in parallel to the source-drain path of the field-effect transistor, via which the surge pulses are derived. Preferably, the ohmic resistance, at which the signal voltage for generating the optical signals of the optocoupler is tapped, and the varistor for forming a varistor resistor voltage divider, which is parallel to the drain-source path of the field effect transistor, connected in series. Also in the monitoring circuit, a galvanic isolation between the mains and low voltage is achieved by the optocoupler.

[Beispiele][Examples]

Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:With reference to the figures, the invention will be explained in more detail on an embodiment. It shows:

1 ein Schalterbild eines Ausführungsbeispiels, und 1 a switch image of an embodiment, and

2 eine das Dimmen einer Wechselstromhalbwelle erläuternde Kurvendarstellung. 2 a graph illustrating the dimming of an AC half-wave graph.

Die dargestellte elektrische Schaltung dient zum Dimmen der beiden Halbwellen eines von einer Wechselspannungsquelle gelieferten Wechselstromes. Hierzu ist eine Dimmerschaltung vorgesehen, die eine Gleichrichtervollbrücke V102 aufweist, welche mit ihren Wechselstromeingängen über eine Primärspule eines Beleuchtungstransformators TRAFO mit der Wechselspannungsquelle in Reihe geschaltet ist. Mit Hilfe eines Relais L5 erfolgt das Einschalten und Ausschalten. The illustrated electrical circuit serves to dim the two half-waves of an alternating current supplied by an AC voltage source. For this purpose, a dimmer circuit is provided, which has a rectifier full bridge V102, which is connected in series with its alternating current inputs via a primary coil of a lighting transformer TRAFO with the AC voltage source. With the aid of a relay L5 the switching on and off takes place.

Die über den Transformator betriebene Beleuchtung kann aus einer oder mehreren Niedervoltlampen, insbesondere 12 V-Halogenlampen bestehen. Diese sind an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen.The lighting operated via the transformer can consist of one or more low-voltage lamps, in particular 12 V halogen lamps. These are connected to the secondary side of the transformer.

Zur Bildung eines Phasenanschnittdimmers ist in die Diagonale der Gleichstromausgänge der Gleichrichterbrücke V102 die Source-Drain-Strecke eines Feldeffekttransistors (MOSFET) T1 geschaltet. Der Feldeffekttransistor ist vorzugsweise als selbstsperrender n-MOSFET ausgebildet. Die Ansteuerung des MOSFET erfolgt über einen ersten Optokoppler D4, dessen Phototransistor zur Lieferung der Steuerspannung zwischen Gate und Source des MOSFET T1 geschaltet ist. Die Kollektor-Ermitter-Spannung des Phototransistors bildet die Steuerspannung für den MOSFET T1. Diese Steuerspannung wird im Takt der Wechselspannung bzw. des Wechselstromes zwischen Gate und Source des MOSFET T1 gelegt. Hierzu ist der Kollektor des Phototransistors des Optokopplers 4 über eine Diode V103 und in Reihe dazu geschaltete ohmsche Widerstände R20, R25 und R120 mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Ein zur Kollektor-Emitter-Strecke des Phototransistors parallel-geschalteter Kondensator C104 dient zur Glättung der positiven Kollektor-Emitter-Spannung und eine Zener-Diode V105 bildet einen Überspannungsschutz für den Phototransistor. Die jeweilige Zeitdauer, innerhalb welcher die Source-Drain-Strecke in Abhängigkeit von der Steuerspannung im Takt der Wechselspannung durchgeschaltet und gesperrt ist, wird durch die vom Treiber gesteuerte Lumineszenzdiode (LED) des Optokopplers D4 bewirkt. Diese Steuerung erfolgt, wie 2 veranschaulicht, so, dass beim Nulldurchgang des Wechselstroms bei Beginn einer neuen Wechselstromhalbwelle die Source-Drain-Strecke auf Durchlass geschaltet wird und vor dem Erreichen des nachfolgenden Nulldurchgangs die Schaltstrecke (Source-Drain) des MOSFET T1 durch entsprechnde Einstellung des Betriebs des Optokopplers 4 in den ohmschen Bereich gebracht und in der Nähe oder im nachfolgenden Nulldurchgang in den Sperrbereich gesteuert wird. Man erreicht hierdurch ein Dimmen der jeweiligen Halbwelle. Der Treiber beinhaltet für die Steuerung des Betriebs des Optokopplers 4 einen Prozessor, welcher die mit der Wechselspannung bzw. dem Wechselstrom synchrone Steuerung der Lumineszenzdiode des Optokopplers 4 bewirkt. In der 2 ist strichliert der normale Sinus-Verlauf des an den Wechselstromausgängen der Gleichrichterbrücke V102 vorhanden Wechselstromes dargestellt und die durchgezogene Kurve stellt den Stromverlauf dar, welcher durch das Dimmen erreicht werden kann. Durch eine Nulldurchgang-synchrone Steuerung der MOSFET-Schaltstrecke in den Sperrbereich und dazwischen mit dem Betrieb des MOSFET im Durchschaltbereich und ohmschen Bereich erreicht man die gewünschte Wechselstromsteuerung durch Dimmen der jeweiligen Halbwellen.To form a phase gating dimmer, the source-drain path of a field-effect transistor (MOSFET) T1 is connected in the diagonal of the DC outputs of the rectifier bridge V102. The field effect transistor is preferably designed as a self-blocking n-MOSFET. The control of the MOSFET via a first optocoupler D4, whose phototransistor is connected to supply the control voltage between the gate and source of the MOSFET T1. The collector-emitter voltage of the phototransistor forms the control voltage for the MOSFET T1. This control voltage is placed in the cycle of the AC voltage or the alternating current between the gate and source of the MOSFET T1. For this purpose, the collector of the phototransistor of the opto-coupler 4 is connected to the AC voltage source via a diode V103 and ohmic resistors R20, R25 and R120 connected in series therewith. A capacitor C104 connected in parallel with the collector-emitter path of the phototransistor serves to smooth the positive collector-emitter voltage, and a Zener diode V105 forms an overvoltage protection for the phototransistor. The respective period of time within which the source-drain path is switched on and off as a function of the control voltage in the cycle of the alternating voltage is effected by the LED controlled by the driver of the opto-coupler D4. This control is done as 2 illustrated, so that at the zero crossing of the AC at the beginning of a new AC half-wave, the source-drain path is switched to passage and before reaching the subsequent zero crossing, the switching path (source-drain) of the MOSFET T1 by appropriately adjusting the operation of the optocoupler 4 in is brought to the ohmic range and controlled in the vicinity or in the subsequent zero crossing in the stopband. This achieves a dimming of the respective half-wave. The driver includes for the control of the operation of the optocoupler 4, a processor which causes the synchronous with the AC voltage or the AC control of the light emitting diode of the optocoupler 4. In the 2 the normal sinusoidal characteristic of the alternating current present at the AC outputs of the rectifier bridge V102 is shown in dotted lines and the solid curve represents the current profile that can be achieved by dimming. By a zero-crossing-synchronous control of the MOSFET switching path in the stopband and in between with the operation of the MOSFET in the switching range and ohmic range to reach the desired AC control by dimming the respective half-waves.

Die Reihenfolge der Steuerung des MOSFET zur Dimmung der jeweiligen Halbwelle kann auch umgekehrt werden, sodass bei Beginn der Halbwelle der MOSFET zunächst im ohmschen Bereich und bei der restlichen Halbwelle im Durchlassbereich betrieben wird.The order of control of the MOSFET for dimming the respective half-cycle can also be reversed, so that at the beginning of the half-wave, the MOSFET is first operated in the ohmic region and the remaining half-wave in the passband.

Wenn beispielsweise durch einen Defekt an den Beleuchtungslampen aufgrund einer Phasenverschiebung der hohen Induktivität des Transformators durch Selbstinduktion Gegenspannungen erzeugt werden, die höher als die Versorgungsspannung sind, und das Schalten des MOSFET T1 außerhalb des Stromnulldurchgangs erfolgt, kann dies aufgrund der Verlustleistung zu hoher Erwärmung und Zerstörung des MOSFET führen. Ferner können Surge-Impulse ebenfalls den MOSFET zerstören. Hierzu ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur SourceDrain-Strecke des MOSFET T1 ein aus einem Varistor R26 und einem Ohmschen Widerstand R28 bestehender Spannungsteiler vorgesehen. Die am Ohmschen Widerstand R28 stehende Spannung wird zum Betrieb einer Lumineszenzdiode (LED) eines zweiten Optokopplers D5 verwendet. Der Phototransistor des zweiten Optokopplers D5 ist an den Prozessor der Treiberstufe angeschlossen. Eine positive Kollektor-Emitter-Spannung wird von einer Gleichspannungsquelle (+5 V) über einen Ohmschen Widerstand R32 an den Phototransistor gelegt. Der Kollektor des Phototransistors ist an den Prozessor der Treiberstufe angeschlossen und der Emitter befindet sich auf Massepotential.If, for example, a defect in the illumination lamps due to a phase shift of the high inductance of the transformer by self-induction generates counter-voltages which are higher than the supply voltage, and the switching of the MOSFET T1 occurs outside the current zero crossing, this can due to the power loss to high heating and destruction lead the MOSFET. Furthermore, surge pulses can also destroy the MOSFET. For this purpose, a voltage divider consisting of a varistor R26 and an ohmic resistor R28 is provided parallel to the source drain path of the MOSFET T1 in the illustrated embodiment. The voltage applied to the ohmic resistor R28 is used to operate a light emitting diode (LED) of a second optocoupler D5. The phototransistor of the second opto-coupler D5 is connected to the processor of the driver stage. A positive collector-emitter voltage is applied to the phototransistor from a DC voltage source (+5 V) via an ohmic resistor R32. The collector of the phototransistor is connected to the processor of the driver stage and the emitter is at ground potential.

Die Lumineszenzdiode des zweiten Optokopplers D5 wird im Takt des Durchschaltes und Sperrens der Source-Drain-Strecke des MOSFET T1 betrieben. Entsprechende Signale werden dem Prozessor zugeleitet und der zeitliche Ablauf dieser optischen Signale wird mit den Nulldurchgängen des Wechselstroms, der die Primärseite des Transformators speist, verglichen. Hierdurch wird überwacht, ob der Phasenanschnitt phasengerecht im Nulldurchgang des Wechselstromes erfolgt. Die Abfragezeit wird hierbei stufenweise an den Phasenwinkel der Dimmung angepasst. Wenn das Dimmen der jeweiligen Halbwellen des Wechselstromes hiervon beispielsweise aufgrund eines Defekts im Beleuchtungssystem an der Sekundärseite des Transformators abweicht, ändert sich der Zeitablauf der optischen Signale des Optokopplers D5. Die Betätigung der Lumineszenzdiode des ersten Optokopplers D4 wird dann abgeschaltet. Es kann auch das Relais L5 abgeschaltet werden.The light-emitting diode of the second opto-coupler D5 is operated in the cycle of switching through and blocking the source-drain path of the MOSFET T1. Corresponding signals are fed to the processor and the timing of these optical signals is compared with the zero crossings of the alternating current feeding the primary side of the transformer. As a result, it is monitored whether the phase angle is phase-correct in the zero crossing of the alternating current. The query time is adjusted stepwise to the phase angle of the dimming. If the dimming of the respective half-waves of the alternating current thereof deviates from, for example, a defect in the lighting system on the secondary side of the transformer, the timing of the optical signals of the optocoupler D5 changes. The actuation of the light-emitting diode of the first opto-coupler D4 is then switched off. It is also possible to switch off the relay L5.

Wenn in der Source-Drain-Strecke des MOSFET T1 Surge-Impulse auftreten, kann diese kurzzeitige Spannungsüberlastung durch den Varistor R26 abgeleitet werden. Diese Überspannung wird ferner durch den Optokoppler D5 detektiert, da die Versorgungsspannung der Lumineszenzdiode dieses Optokopplers am Ohmschen Widerstand R28, der mit dem Varistor R26 in Reihe geschaltet ist, abgegriffen wird. Der Prozessor kann dann ebenfalls den ersten Optokoppler D4 sofort abschalten. Wenn sich derartige Vorgänge der Überlastung wiederholen, kann die gesamte Beleuchtung durch entsprechende Bedienung des Relais L5 abgeschaltet werden.If surge pulses occur in the source-drain path of the MOSFET T1, this brief voltage overload can be derived by the varistor R26. This overvoltage is also detected by the optocoupler D5, since the supply voltage of the light emitting diode of this optocoupler at the ohmic resistance R28, which is connected in series with the varistor R26, is tapped. The processor can then also switch off the first optocoupler D4 immediately. If such operations repeat the overload, the entire lighting can be switched off by appropriate operation of the relay L5.

Beim oben dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung zur Beleuchtungssteuerung von Niedervoltlampen beschrieben, wobei die Primärseite des Beleuchtungstransformators angesteuert wird. Die Dimmerschaltung kann jedoch auch zur Steuerung des Versorgungsstromes anderer induktiver Verbraucher dienen und kommt vorzugsweise ferner bei der Steuerung der Stromversorgung von Wechselstrommotoren zum Einsatz. Durch die Erfindung wird ein Dimmen der jeweiligen Halbwellen des Wechselstromes in der Weise erreicht, dass der Phasenanschnitt durch den jeweiligen Nulldurchgang des Wechselstromes verläuft. Der Wechselstrom behält daher seines Sinus-Struktur bei.In the embodiment shown above, the invention for lighting control of low-voltage lamps is described, wherein the primary side of the lighting transformer is driven. However, the dimmer circuit can also serve to control the supply current of other inductive loads and preferably also comes in the control of the power supply of AC motors used. By the invention, a dimming of the respective half-waves of the alternating current is achieved in such a way that the phase angle extends through the respective zero crossing of the alternating current. The alternating current therefore retains its sinusoidal structure.

[Bezugszeichenliste][REFERENCE LIST]

V102

Rectifier full bridge

transformer

transformer

L5

relay

D4

first optocoupler

D5

second optocoupler

V103

diode

R20

ohmic resistance

R25

ohmic resistance

R26

varistor

R28

ohmic resistance

R32

ohmic resistance

R120

ohmic resistance

C104

electrical capacitor

V105

Zener diode

T1

MOSFET

Claims

Electrical circuit for dimming the two half-waves of an AC voltage with a rectifier full bridge, which is connected with its AC inputs via a series-connected load with an AC voltage source and in the diagonal of the DC outputs, a field effect transistor is connected as a controllable semiconductor element, wherein the between gate and Source applied control voltage is formed by a synchronously operated with the AC first optocoupler, characterized in that - the first optocoupler (D4) is controlled such that the phase cuts are in the zero-crossings of the alternating current, wherein the switching path of the field effect transistor (T1) is operated in each case in the stopband and in between in the switching range and ohmic range, and - a monitoring circuit (R26, R28, D5) is provided, which is connected in parallel to the source-drain path of the field effect transistor (T1), for monitoring S. urge pulses at the source-drain path of the field effect transistor (T1) and for switching off the first optocoupler (D4) when an overvoltage occurs, wherein - the monitoring circuit (R26, R28, D5) parallel to the source-drain path of the field effect transistor (T1) connected varistor (R26), via which the surge pulses are derived, and a resistor (R28) connected in series with the varistor (R26), at which the required for generating the optical signals of a second optocoupler (D5) Voltage is tapped, and wherein - the surge pulses are detected by the second optocoupler (D5).

Electrical circuit according to claim 1, characterized in that the field effect transistor is designed as a self-blocking n-MOSFET.

Electrical circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring circuit (R26, R28) monitors the time of each phase angle and compares with the respective time of the zero crossing of the alternating current.

Electrical circuit according to Claim 3, characterized in that the time sequence of the optical signals of the second optocoupler (D5) of the monitoring circuit is related to the respective zero crossings of the alternating current for the comparison.

Electrical circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the consumer is an inductive consumer.

Electrical circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the consumer is an electric motor, in particular an AC motor.

Electrical circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inductive load is the primary side of the transformer (TRAFO).

Electrical circuit according to claim 7, characterized in that at least one low-voltage lamp is connected to the secondary side of the transformer (TRAFO).