DE102009041724B4

DE102009041724B4 - Electronic circuit arrangement for limiting an inrush current and switching device

Info

Publication number: DE102009041724B4
Application number: DE200910041724
Authority: DE
Inventors: Markus Faltermeier; Thomas Hochmuth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: DE102009041724A1

Abstract

Anordnung (1) zur Begrenzung eines Einschaltstroms, wobei der Einschaltstrom für ein elektronisches Vorschaltgerät (9) einer Lampenlast (10) vorgesehen ist, – mit einer Schaltung (2) zur Anpassung einer ersten Spannung, die über eine eingangsseitig angeschaltete Versorgungsleitung (6) der Schaltung (2) zugeführt wird, – mit einer Steuerung (3), die eingangsseitig mit zumindest einem Ausgang der Anpassungsschaltung (2) verbunden ist, – bei der die Steuerung (3) ausgangsseitig über einen ersten MOSFET (4) mit der Versorgungsleitung (6) verbunden ist, – bei der die Steuerung (3) ausgangsseitig über einen zweiten MOSFET (5) mit einer Ausgangsleitung (7) verbunden ist, mit der die Anordnung (1) mit dem Vorschaltgerät (9) verbunden ist, und – bei der die beiden MOSFET (4, 5) derart geschaltet sind, dass der über die Ausgangsleitung (7) fließende Einschaltstrom zu einem Einschaltzeitpunkt vorbestimmt begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ausgangsseite der Spannungsanpassung (2) über eine Leitung mit der Eingangsseite der Steuerung (3) verbunden ist, – dass ein Ausgang der Steuerung (3) mit einer Primärseite (23-1) eines Optokopplers (23) verbunden ist, – dass eine Sekundärseite (23-2) des Optokopplers (23) durch eine Spannungsquelle gebildet wird, – an deren positiven Pol die beiden ersten Anschlüsse (4-1, 5-1) der beiden MOSFET (4,5) angeschlossen sind, und – an deren negativen Pol die beiden zweiten Anschlüsse (4-2, 5-2) der beiden MOSFET (4,5) angeschlossen sind, – dass der dritte Anschluss (4-3) des ersten MOSFET (4) mit der Versorgungsleitung (6) verbunden ist, und – dass der dritte Anschluss (5-3) des zweiten MOSFET (5) mit der Ausgangsleitung (7) verbunden ist.Arrangement (1) for limiting an inrush current, the inrush current being provided for an electronic ballast (9) of a lamp load (10), with a circuit (2) for adapting a first voltage that is supplied via a supply line (6) connected on the input side Circuit (2) is supplied, - with a controller (3), which is connected on the input side to at least one output of the matching circuit (2), - in which the controller (3) on the output side via a first MOSFET (4) with the supply line (6 ) is connected - in which the control (3) is connected on the output side via a second MOSFET (5) to an output line (7) with which the arrangement (1) is connected to the ballast (9), and - in which the two MOSFETs (4, 5) are connected in such a way that the switch-on current flowing via the output line (7) is limited in a predetermined manner at a switch-on time, characterized in that the output side of the voltage adjustment (2) via a line is connected to the input side of the controller (3), - that an output of the controller (3) is connected to a primary side (23-1) of an optocoupler (23), - that a secondary side (23-2) of the optocoupler (23) is formed by a voltage source, - the first two connections (4-1, 5-1) of the two MOSFETs (4, 5) are connected to the positive pole of which, and - the two second connections (4 -2, 5-2) of the two MOSFETs (4,5) are connected, - that the third connection (4-3) of the first MOSFET (4) is connected to the supply line (6), and - that the third connection ( 5-3) of the second MOSFET (5) is connected to the output line (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms für eine Lampenlast, welche mit einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben wird, sowie ein Schaltgerät zum Schalten einer mit einem elektronischem Vorschaltgerät betriebenen Lampenlast, welche eine solche Schaltungsanordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms aufweist.The invention relates to an electronic circuit arrangement for limiting an inrush current for a lamp load, which is operated with an electronic ballast, and a switching device for switching a operated with an electronic ballast lamp load having such a circuit arrangement for limiting an inrush current.

Wird eine Lampenlast mit einer Stromquelle verbunden, so entsteht kurzzeitig ein hoher Laststromimpuls, der ein Mehrfaches des Nennstroms der Lampenlast betragen und zu Beschädigungen führen kann. Beispielsweise besteht die Gefahr, dass die Kontakte eines Schaltgeräts, mit dem die Lampenlast eingeschaltet wird, aufgrund der Einschaltstromspitzen miteinander verschweißen. Die Lebensdauer des Schaltgeräts wird dadurch deutlich verkürzt. Ferner ist es möglich, dass durch den hohen Einschaltstrom eine vorgeschaltete Sicherung ausgelöst wird. Um derartige Störungen zu vermeiden, muss der Laststrom beim Einschalten auf einen zulässigen Wert begrenzt werden.If a lamp load is connected to a power source, then a high load current pulse arises for a short time, which is a multiple of the rated current of the lamp load and can lead to damage. For example, there is a risk that the contacts of a switching device, with which the lamp load is turned on, weld together due to the inrush current peaks. The service life of the switching device is significantly reduced. Furthermore, it is possible that an upstream fuse is triggered by the high inrush current. To avoid such interference, the load current must be limited to a permissible value when switching on.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 06 117 A1 ist ein Einschaltstrombegrenzer für Leuchtstofflampen bekannt, bei dem ein entsprechend dimensionierter Vorwiderstand dafür sorgt, dass der Laststromimpuls beim Einschalten eines Lastschalters einen vorgegebenen zulässigen Wert nicht überschreitet. Ausgelöst durch ein elektromechanisches Relais wird ein zum Vorwiderstand elektrisch parallel geschalteter Überbrückungsschalter nach einer vordefinierten Verzögerung gegenüber dem Einschaltzeitpunkt des Lastschalters geschlossen. Der Vorwiderstand wird dadurch überbrückt und verliert somit seine Wirkung, so dass die gesamte Anordnung ab diesem Zeitpunkt wie ein Leiter wirkt. In Abhängigkeit der Schalthäufigkeit kann es jedoch zu verschleißbedingten Ausfällen an den elektromechanischen Komponenten wie Schalter und Relais kommen, welche einen Austausch des Vorschaltgeräts und/oder der Lampenlast erfordern und damit sowohl zeit- als auch kostenintensiv sind.From the publication DE 43 06 117 A1 is a Einschaltstrombegrenzer for fluorescent lamps, in which a correspondingly dimensioned series resistor ensures that the load current pulse when switching on a circuit breaker does not exceed a predetermined allowable value. Triggered by an electromechanical relay, a bypass switch electrically connected in parallel with the series resistor is closed after a predefined delay relative to the switch-on time of the circuit breaker. The series resistor is thereby bridged and thus loses its effect, so that the entire arrangement acts as a conductor from this point onwards. Depending on the switching frequency, however, wear-related failures can occur on the electromechanical components such as switches and relays, which require replacement of the ballast and / or the lamp load and are therefore both time-consuming and expensive.

Des Weiteren beschreibt die DE 11 92 315 B eine Steuerschaltung mit Wechselstromschalter zum Überbrücken von Einschaltstrom-Dämpfungswiderständen nach dem Anschalten einer Wechselspannung an Transformatoren. Hierbei liegen dem jeweiligen Einschaltstrom-Dämpfungswiderstand zwei unmittelbar antiparallel geschaltete Thyristoren parallel, die ihren Einschaltimpuls nach einer festlegbaren Mindestverzögerung nach Anschaltung der Wechselspannung dadurch erhalten, dass eine von der Wechselspannung abgeleitete, gerichtete Impulsspannung derart von einer Gleichspannungsanordnung erzeugt wird, dass nach dem Einschalten der Primärwicklung eines Steuerübergangs die Wechselspannung zugeführt wird.Furthermore, the describes DE 11 92 315 B a control circuit with AC switch for bypassing inrush current damping resistors after switching on an AC voltage to transformers. Here are the respective inrush current damping resistor two directly antiparallel connected thyristors in parallel, the switch-on after a definable minimum delay after connection of the AC voltage obtained by a derived from the AC voltage, directed pulse voltage is generated by a DC voltage arrangement such that after switching on the primary winding a control transition, the AC voltage is supplied.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms für eine Lampenlast sowie ein Schaltgerät zum Schalten einer mit einem elektronischen Vorschaltgerät betriebenen Lampenlast bereitzustellen, welche sich durch eine höhere Zuverlässigkeit auszeichnen.It is therefore the object of the present invention to provide an arrangement for limiting an inrush current for a lamp load, and a switching device for switching a lamp load operated with an electronic ballast, which are characterized by a higher reliability.

Diese Aufgabe wird durch die elektronische Anordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms für eine Lampenlast sowie durch das Schaltgerät zum Schalten einer mit einem elektronischem Vorschaltgerät betriebenen Lampenlast, welche eine derartige Schaltungsanordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms aufweist, gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the electronic device for limiting an inrush current for a lamp load and by the switching device for switching a lamp load operated with an electronic ballast, which has such a circuit arrangement for limiting an inrush current, according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms, welcher für ein elektronisches Vorschaltgerät einer Lampenlast vorgesehen ist, weist eine Schaltung zur Anpassung einer ersten Spannung, welche über eine eingangsseitig angeschaltete Versorgungsleitung der Schaltung zugeführt wird, auf. Weiterhin weist die Anordnung eine Steuerung auf, die eingangsseitig mit zumindest einem Ausgang der Anpassungsschaltung verbunden ist. Die Steuerung ist dabei ausgangsseitig über einen ersten MOSFET mit der Versorgungsleitung verbunden. Über einen zweiten MOSFET ist die Steuerung ausgangsseitig mit einer Ausgangsleitung verbunden, mit der die Anordnung mit dem Vorschaltgerät verbunden ist. Dabei sind die beiden MOSFET derart geschaltet, dass der über die Ausgangsleitung fließende Einschaltstrom zu einem Einschaltzeitpunkt vorbestimmt begrenzt wird.The arrangement according to the invention for limiting an inrush current, which is provided for an electronic ballast of a lamp load, has a circuit for adapting a first voltage, which is supplied to the circuit via a supply line connected to the input side. Furthermore, the arrangement has a control, which is connected on the input side to at least one output of the matching circuit. The controller is connected on the output side via a first MOSFET to the supply line. Via a second MOSFET, the controller is connected on the output side to an output line, with which the arrangement is connected to the ballast. In this case, the two MOSFETs are connected in such a way that the inrush current flowing via the output line is limited in a predetermined manner at a switch-on time.

MOSFET ist die Abkürzung für Metall-Oxid-Feldeffekttransistor (englisch: metal oxide field-effect transistor). Es handelt sich dabei um ein Halbleiter-Bauelement (genauer: um einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), welches wie ein spannungsgesteuerter Widerstand arbeitet. Beim Einschalten wirken die MOSFETs zunächst als ohmsche Widerstände und begrenzen den Einschaltstrom, ohne dass zu deren Überbrückung Schalter oder Relais erforderlich sind. Mit Hilfe der Steuerung wird der Zeitpunkt bestimmt, ab dem die MOSFETs durchschalten und leitend werden. Auf diese Weise wird durch die Verwendung derartiger MOSFET-Halbleiterbauelemente zur Begrenzung des Einschaltstroms der Lampenlast ein nahezu verschleißfreies Schalten ermöglicht. Die Zuverlässigkeit sowie die Lebensdauer der Anordnung können dadurch deutlich verbessert werden.MOSFET is the abbreviation for metal-oxide field-effect transistor. It is a semiconductor device (more specifically, an insulated gate field effect transistor) that works like a voltage controlled resistor. When switched on, the MOSFETs initially act as ohmic resistors and limit the inrush current without the need for switches or relays to bridge them. With the help of the controller, the time is determined, from which the MOSFETs turn on and become conductive. In this way, the use of such MOSFET semiconductor devices to limit the inrush current of the lamp load allows almost wear-free switching. The reliability and the life of the arrangement can be significantly improved.

Bei der ersten Spannung, welche über die Anpassungssteuerung der Anordnung zugeführt wird, kann es sich dabei sowohl um eine Wechselspannung (AC) als auch um eine Gleichspannung (DC) handeln. Die Anordnung ist damit sowohl in einem Wechselstromnetz als auch in einem Gleichstromnetz einsetzbar.At the first voltage, which is supplied via the adaptation control of the arrangement This can be both an alternating voltage (AC) and a DC voltage (DC). The arrangement can thus be used both in an alternating current network and in a direct current network.

Ein MOSFET besitzt drei Anschlüsse: den Gate-Anschluss (welcher einer Steuerelektrode entspricht), dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss. Die Funktionsweise eines MOSFET-Bauelements lässt sich vereinfacht wie folgt beschreiben: bei Anlegen einer positiven Gate-Source-Spannung entsteht ein leitender Kanal zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss. Liegt hingegen keine positive Gate-Source-Spannung an, ist kein Stromfluss zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss möglich, das Bauelement ist gesperrt.A MOSFET has three terminals: the gate terminal (which corresponds to a control electrode), the drain terminal, and the source terminal. The mode of operation of a MOSFET component can be described in a simplified manner as follows: when a positive gate-source voltage is applied, a conductive channel is formed between the drain terminal and the source terminal. On the other hand, if there is no positive gate-source voltage, no current flow between the drain terminal and the source terminal is possible, the component is blocked.

Bei einem ersten Anschluss des ersten und des zweiten MOSFET-Bauelements handelt es sich jeweils um den Gate-Anschluss des jeweiligen MOSFET-Bauelements. Ein zweiter und ein dritter Anschluss des jeweiligen MOSFETs entsprechen dann jeweils dem Drain-Anschluss bzw. dem Source-Anschluss. Durch Anlegen einer positiven Gate-Source-Spannung kann somit jeweils eine leitende Verbindung zwischen der Versorgungsleitung und der Ausgangsleitung erreicht werden. Jeder der beiden MOSFET ist dabei Bestandteil eines jeweiligen Strompfades, wobei je ein Strompfad für die Positivhalbwellen bzw. die Negativhalbwellen der Wechselspannung vorgesehen ist.A first connection of the first and the second MOSFET component is in each case the gate connection of the respective MOSFET component. A second and a third terminal of the respective MOSFET then correspond respectively to the drain terminal and the source terminal. By applying a positive gate-source voltage can thus be achieved in each case a conductive connection between the supply line and the output line. Each of the two MOSFETs is part of a respective current path, wherein one respective current path is provided for the positive half-waves or the negative half-waves of the alternating voltage.

Bei der Anordnung ist die Ausgangsseite der Spannungsanpassung über eine Leitung mit der Eingangsseite der Steuerung verbunden. Ein Ausgang der Steuerung ist mit einer Primärseite eines Optokopplers verbunden. Eine Sekundärseite des Optokopplers wird durch eine Spannungsquelle gebildet, an deren positiven Pol die beiden ersten Anschlüsse der beiden MOSFET angeschlossen sind. Die beiden zweiten Anschlüsse der beiden MOSFET sind an den negativen Pol der Spannungsquelle angeschlossen. Weiterhin sind der dritte Anschluss des ersten MOSFET mit der Versorgungsleitung und der dritte Anschluss des zweiten MOSFET mit der Ausgangsleitung verbunden.In the arrangement, the output side of the voltage adjustment is connected via a line to the input side of the controller. An output of the controller is connected to a primary side of an optocoupler. A secondary side of the optocoupler is formed by a voltage source, at the positive pole of which the first two connections of the two MOSFETs are connected. The two second terminals of the two MOSFETs are connected to the negative pole of the voltage source. Furthermore, the third terminal of the first MOSFET is connected to the supply line and the third terminal of the second MOSFET is connected to the output line.

Dabei ist die Ausgangsseite der Spannungsanpassung über eine einzige elektrische Leitung mit der Eingangsseite der Steuerung verbunden. Weiterhin ist der Ausgang der Steuerung mit einem Optokoppler verbunden, an dessen fotovoltaischem Ausgang die beiden MOSFETs angeschlossen sind, wobei die Polung zu beachten ist. Da mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung ein vereinfachter Aufbau, insbesondere der Spannungsanpassung und der Steuerung, ermöglicht wird, kann die Anordnung zur Begrenzung des Einschaltstroms platzsparender ausgeführt werden.In this case, the output side of the voltage adjustment is connected via a single electrical line to the input side of the controller. Furthermore, the output of the controller is connected to an optocoupler, at the photovoltaic output, the two MOSFETs are connected, the polarity is observed. Since a simplified structure, in particular the voltage adjustment and the control, is made possible with the aid of this circuit arrangement, the arrangement for limiting the inrush current can be made more space-saving.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist der Ausgang der Anpassungsschaltung mit der Eingangsseite der Steuerung über eine Diode verbunden. Die Diode wirkt dabei wiederum als Gleichrichterdiode, welche zwischen die Anpassungsschaltung zur Anpassung der ersten Spannung (AC/DC) und die Steuerung geschaltet ist.In a further advantageous development of the arrangement, the output of the matching circuit is connected to the input side of the controller via a diode. The diode in turn acts as a rectifier diode, which is connected between the matching circuit for adjusting the first voltage (AC / DC) and the controller.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist der zweite Anschluss des ersten MOSFET über eine Diode mit dem dritten Anschluss des ersten MOSFET verbunden. Der zweite Anschluss des zweiten MOSFET ist über eine Diode mit dem dritten Anschluss des zweiten MOSFET verbunden. Die beiden Dioden, die jeweils zwischen den Drain-Anschluss und den Source-Anschluss des jeweiligen MOSFETs geschaltet sind, dienen als Verpolungsschutz für die beiden MOSFETs. Auf diese Weise wird eine sichere Schaltbarkeit auch bei Wechselstrom erreicht.In a further advantageous development of the arrangement, the second terminal of the first MOSFET is connected via a diode to the third terminal of the first MOSFET. The second terminal of the second MOSFET is connected via a diode to the third terminal of the second MOSFET. The two diodes, which are each connected between the drain terminal and the source terminal of the respective MOSFET, serve as reverse polarity protection for the two MOSFETs. In this way, a secure switchability is achieved even with alternating current.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist zwischen die Versorgungsleitung und die Ausgangsleitung ein Vorwiderstand geschaltet.In a further advantageous development of the arrangement, a series resistor is connected between the supply line and the output line.

Die Verwendung eines eigenen Vorwiderstands, welcher zwischen die Versorgungsleitung und die Ausgangsleitung in Reihe zur Lampenlast geschaltet ist, hat den Vorteil, dass die Wärmeenergie am Vorwiderstand und nicht an den beiden MOSFETs auftritt. Da es sich bei MOSFETs um temperatursensitive Bauelemente handelt wären ab einer bestimmten Erwärmung Kühlelemente erforderlich, was einen zusätzlichen Platzbedarf für die Anordnung bedeuten würde. Weiterhin müssten die MOSFETs robuster dimensioniert werden, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Durch die Verwendung des Vorwiderstands wird ermöglicht, die beiden MOSFETs lediglich zur Überbrückung des Vorwiderstands nach einer definierten Verzögerung ab dem Einschaltzeitpunkt einzusetzen, ohne dass diese dabei selbst als Widerstand wirken. Dadurch kann auf Kühlelemente sowie auf eine robustere Ausführung der MOSFET-Bauelemente verzichtet werden.The use of a separate series resistor, which is connected in series with the lamp load between the supply line and the output line, has the advantage that the heat energy occurs at the series resistor and not at the two MOSFETs. Since MOSFETs are temperature-sensitive components, cooling elements would be required after a certain heating, which would require additional space for the arrangement. Furthermore, the MOSFETs would have to be made more robust, which entails additional costs. The use of the series resistor makes it possible to use the two MOSFETs only for bridging the series resistor after a defined delay from the switch-on, without these themselves act as a resistor. As a result, it is possible to dispense with cooling elements and a more robust design of the MOSFET components.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist eine Temperatursicherung in Reihe mit dem Vorwiderstand zwischen die Ausgangsleitung und die Versorgungsleitung geschaltet. Die Temperatursicherung dient dem Schutz der Bauelemente und damit der Anordnung vor thermischer Überlast.In a further advantageous development of the arrangement, a temperature fuse is connected in series with the series resistor between the output line and the supply line. The thermal fuse serves to protect the components and thus the arrangement from thermal overload.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist die Anpassungsschaltung als Spannungsteiler, als Transformator oder als Kondensator-Netzteil ausgebildet. Spannungsteiler, Transformator oder Kondensator-Netzteil stellen gängige und damit kostengünstige Ausführungsformen zur Anpassung einer Spannung (AC/DC) dar.In a further advantageous embodiment of the arrangement, the matching circuit as a voltage divider, as a transformer or as Capacitor power supply formed. Voltage divider, transformer or capacitor power supply represent common and thus cost-effective embodiments for adapting a voltage (AC / DC).

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung weist die Steuerung einen Widerstand sowie einen Kondensator auf. Der Widerstand ist dabei zwischen einen ersten Eingang der Steuerung und den ersten Ausgang der Steuerung geschaltet; der Kondensator ist mit dem ersten Ausgang der Steuerung und dem Potenzial bzw. dem Nullleiter verbunden. Mit Hilfe einer sogenannten RC-Ansteuerung (Widerstand-Kondensator-Ansteuerung) wird die Zeit, die ein MOSFET den Strom begrenzen soll, definiert eingestellt und vorgegeben. Sind mehrere Strompfade vorhanden, so wird für jeden Strompfad eine eigene RC-Ansteuerung verwendet. Da es sich bei Widerständen und Kondensatoren um einfache passive Bauelemente handelt, kann die Steuerung vergleichsweise kostengünstig ausgeführt werden.In a further advantageous embodiment of the arrangement, the controller has a resistor and a capacitor. The resistor is connected between a first input of the controller and the first output of the controller; the capacitor is connected to the first output of the controller and the potential or neutral. With the help of a so-called RC drive (resistor-capacitor control), the time that a MOSFET is to limit the current, set and specified. If several current paths are present, then a separate RC drive is used for each current path. Since resistors and capacitors are simple passive components, the control can be carried out comparatively inexpensively.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist die Steuerung als integrierter Schaltkreis oder als Mikrocontroller ausgebildet. Ebenso ist es möglich, die Steuerung als integrierte Schaltung auszubilden. Diese kann auch gemeinsam mit den übrigen Komponenten der Anordnung, d. h. zusammen mit der Spannungsanpassung und/oder den MOSFETs ausgebildet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Steuerung als Mikrocontroller auszubilden, um eine höhere Variabilität für die Ansteuerung der MOSFETs zu erreichen.In a further advantageous embodiment of the arrangement, the controller is designed as an integrated circuit or as a microcontroller. It is also possible to form the controller as an integrated circuit. This can also be used together with the other components of the arrangement, d. H. be formed together with the voltage adjustment and / or the MOSFETs. Furthermore, it is possible to form the controller as a microcontroller in order to achieve a higher variability for the control of the MOSFETs.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist die Versorgungsleitung als Netzanschlussleitung, vorzugsweise mit einer Wechselspannung von 230 V AC, ausgebildet. Das Potenzial ist dabei als Nullleiter ausgebildet. Damit kann die Anordnung zur Begrenzung des Einschaltstroms an die im Bereich der Gebäudeinstallationstechnik gängigen Anschlussleitungen angeschlossen werden. Ein Betrieb der Anordnung mit anderen Wechselspannungswerten bzw. unter Gleichspannung ist jedoch ebenso möglich.In a further advantageous development of the arrangement, the supply line is designed as a mains connection line, preferably with an AC voltage of 230 V AC. The potential is designed as a neutral. Thus, the arrangement for limiting the inrush current can be connected to the usual in the field of building installation technology connection cables. However, an operation of the arrangement with other AC voltage values or under DC voltage is also possible.

Das erfindungsgemäße Schaltgerät zum Schalten einer mit einem elektronischen Vorschaltgerät betriebenen Lampenlast weist die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Anordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms auf. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Schaltgeräts wird auf die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Begrenzung eines Einschaltstroms verwiesen.The switching device according to the invention for switching a lamp load operated with an electronic ballast has the above-described arrangement according to the invention for limiting an inrush current. With regard to the advantages of the switching device according to the invention, reference is made to the above statements on the circuit arrangement according to the invention for limiting an inrush current.

Im Folgenden wird die Anordnung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:In the following, the arrangement will be explained in more detail with reference to the attached figures. In the figures are:

1 eine schematische Darstellung der schaltungstechnischen Umgebung der Anordnung, 1 a schematic representation of the circuitry environment of the arrangement,

2A und 2B schematische Darstellungen des schaltungstechnischen Aufbaus der Anordnung. 2A and 2 B schematic representations of the circuit construction of the arrangement.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.In the various figures of the drawing, like parts are always provided with the same reference numerals. The description applies to all drawing figures in which the corresponding part can also be recognized.

1 zeigt schematisch die schaltungstechnische Umgebung der Schaltungsanordnung 1 zur Begrenzung eines Einschaltstroms einer elektrischen Lampenlast 10. An die Anordnung 1 ist eingangsseitig eine Versorgungsleitung 6 angeschlossen, über die der Anordnung 1 eine erste Spannung zugeführt werden kann. Dabei kann es sich sowohl um Gleichspannung als auch um Wechselspannung handeln. Die Versorgungsleitung 6 kann dabei mittels eines Schaltgeräts 13, welches zwischen der Versorgungsleitung 6 und einem Potential 8 geschaltet ist, durch Betätigen des Schaltgeräts 13 unterbrochen werden. Ausgangsseitig ist die Anordnung 1 über eine Ausgangsleitung 7 mit einem elektronischen, kapazitiv wirkenden Vorschaltgerät 9 verbunden. Dem Vorschaltgerät nachgeschaltet ist die Lampenlast 10. Sowohl die Schaltungsanordnung 1 als auch das elektronische Vorschaltgerät 9 sind jeweils mit dem Potential 8 elektrisch verbunden. Im Bereich der Gebäudeinstallationstechnik ist die Versorgungsleitung 6 oftmals als Netzanschlussleitung L1, vorzugsweise mit einer Spannung von 230 V ausgebildet; die Potenzialleitung 8 ist entsprechend als Nullleiter ausgebildet. 1 schematically shows the circuitry environment of the circuit 1 for limiting an inrush current of an electrical lamp load 10 , To the arrangement 1 On the input side is a supply line 6 connected, over that of the arrangement 1 a first voltage can be supplied. It can be both DC voltage and AC voltage. The supply line 6 can by means of a switching device 13 which is between the supply line 6 and a potential 8th is switched by pressing the switching device 13 to be interrupted. The output side is the arrangement 1 via an output line 7 with an electronic, capacitive ballast 9 connected. Downstream of the ballast is the lamp load 10 , Both the circuit arrangement 1 as well as the electronic ballast 9 are each with the potential 8th electrically connected. In the field of building installation technology is the supply line 6 often designed as a power supply line L1, preferably with a voltage of 230 V; the potential line 8th is designed accordingly as neutral.

In den 2A und 2B ist der schaltungstechnische Aufbau der Anordnung schematisch dargestellt. An die Anordnung 1 ist eingangsseitig eine Versorgungsleitung 6 angeschlossen, über die der Anordnung 1 die erste Spannung (AC/DC) zugeführt werden kann. Sie weist eine Anpassungsschaltung 2 sowie eine Steuerung 3 auf. Die Anpassungsschaltung 2 ist als einfacher Spannungsteiler mit zwei in einem Stromzweig in Serie angeordneten Widerständen 14 ausgeführt. Entsprechend weist die Anpassungsschaltung 2 auch nur einen Ausgang auf. Die Steuerung 3 weist ebenfalls nur einen Ausgang sowie nur einen Eingang auf, der mit dem Ausgang der Anpassungsschaltung 2 über eine Diode 12 verbunden ist. Entsprechend weist die Steuerung 3 besteht nur eine RC-Ansteuerung auf, welche wiederum aus einem zwischen den Eingang und einen Ausgang der Steuerung 3 geschalteten Widerstand 18 sowie einen Kondensator 19 besteht, der zwischen den Ausgang der Steuerung 3 und das Potenzial 8 geschaltet ist.In the 2A and 2 B is the circuit design of the arrangement shown schematically. To the arrangement 1 On the input side is a supply line 6 connected, over that of the arrangement 1 the first voltage (AC / DC) can be supplied. It has a matching circuit 2 and a controller 3 on. The matching circuit 2 is a simple voltage divider with two in a branch current arranged in series resistors 14 executed. Accordingly, the matching circuit 2 even only one exit. The control 3 also has only one output and only one input connected to the output of the matching circuit 2 over a diode 12 connected is. Accordingly, the controller 3 there is only one RC drive, which in turn consists of one between the input and one output of the controller 3 switched resistance 18 and a capacitor 19 exists between the output of the controller 3 and the potential 8th is switched.

Die in 2A dargestellte Anordnung 1 weist einen Optokoppler 23 mit einem fotovoltaischem Ausgang auf. Die Primärseite 23-1 des Optokopplers 23 ist mit dem Ausgang der Steuerung 3 sowie mit dem Potenzial 8 elektrisch leitend verbunden. Die Sekundärseite 23-2 des Optokopplers 23 wird durch eine Spannungsquelle V gebildet. An die Spannungsquelle V sind die beiden MOSFETs 4 und 5 angeschlossen. Dabei werden die beiden Gate-Anschlüsse der beiden MOSFETs 4 und 5 gemeinsam mit dem positiven Pol der Spannungsquelle V, die beiden Source-Anschlüsse der beiden MOSFETs 4 und 5 gemeinsam mit dem negativen Pol der Spannungsquelle V verbunden. Der Drain-Anschluss des ersten MOSFET 4 ist mit der Versorgungsleitung 6, der Drain-Anschluss des zweiten MOSFET 5 ist mit der Ausgangsleitung 7 verbunden, die zur Anschaltung des Vorschaltgeräts 9 vorgesehen ist. Als Schutz gegen Verpolung sind die Drain-Anschlüsse der beiden MOSFETs 4 und 5 jeweils über eine zugeordnete Diode 21-4 bzw. 21-5 mit dem jeweils zugeordneten Source-Anschluss des jeweiligen MOSFETs 4 bzw. 5 verbunden.In the 2A illustrated arrangement 1 has an optocoupler 23 with a photovoltaic output on. The primary side 23-1 of the optocoupler 23 is with the output of the controller 3 as well as with the potential 8th electrically connected. The secondary side 23-2 of the optocoupler 23 is formed by a voltage source V. To the voltage source V are the two MOSFETs 4 and 5 connected. In the process, the two gate terminals of the two MOSFETs become 4 and 5 together with the positive pole of the voltage source V, the two source terminals of the two MOSFETs 4 and 5 commonly connected to the negative pole of the voltage source V. The drain terminal of the first MOSFET 4 is with the supply line 6 , the drain terminal of the second MOSFET 5 is with the output line 7 connected to the ballast 9 is provided. As protection against reverse polarity are the drain terminals of the two MOSFETs 4 and 5 each via an associated diode 21-4 respectively. 21-5 with the respective associated source terminal of the respective MOSFETs 4 respectively. 5 connected.

Die beiden MOSFETs 4 und 5 sind entlang ihre Source- und Drain-Anschlüsse in einem einzigen Strompfad, welcher die Anschlussleitung 6 mit der Ausgangsleitung 7 elektrisch leitend verbindet, in Serie geschaltet. Solange keine positive Gate-Source-Spannung an den MOSFETs 4 und 5 anliegt, sperren diese den Stromfluss zwischen dem jeweiligen Source- und Drain-Anschluss; damit ist auch der Strompfad zwischen der Anschlussleitung 6 und der Ausgangsleitung 7 gesperrt.The two MOSFETs 4 and 5 are along their source and drain terminals in a single current path, which is the connecting line 6 with the output line 7 electrically conductive connects, connected in series. As long as no positive gate-source voltage at the mosfets 4 and 5 applied, they block the flow of current between the respective source and drain terminal; this is also the current path between the connecting cable 6 and the output line 7 blocked.

Zum Durchschalten eines MOSFETs muss eine galvanisch getrennte Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss anlegen, wobei der positive Pol der Spannungsquelle an den Gate-Anschluss angeschlossen sein muss. Wird die Schaltungsanordnung 1 über die Versorgungsleitung 6 mit Strom (AC/DC) beaufschlagt, beispielsweise durch Betätigen eines Schaltgeräts 13, so werden die beiden MOSFETs 4 und 5 mittels der Steuerung 3 derart angesteuert, dass zunächst zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss jeweils keine positive Spannung anliegt, so dass die MOSFETs 4 und 5 in Durchlassrichtung (Source-Drain) sperren oder zumindest nicht komplett geöffnet sind. Die MOSFETs 4 und 5 fungieren somit als elektronischer Halbleiter-Begrenzungswiderstand. Erst nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach dem Einschaltzeitpunkt, welche durch die Auslegung der Steuerung 3 vorgegeben wird, wird die Primärseite 23-1 des Optokopplers 23 mit einer definierten Spannung, die sich aus der Auslegung der Anpassungsschaltung 2 ergibt, beaufschlagt. Infolgedessen wird auch die Spannungsquelle V auf der Sekundärseite 23-2 des Optokopplers 23 mit Spannung versorgt, wodurch an den MOSFETs 4 und 5 eine positive Gate-Source-Spannung anliegt. Die MOSFETs 4 und 5 werden dadurch in Durchlassrichtung vollständig geöffnet und begrenzen den Strom nicht mehr; sie wirken ab diesem Zeitpunkt wie normale Leiter.To turn a MOSFET on, a galvanically isolated voltage must be applied between the gate and the source, with the positive pole of the voltage source connected to the gate. Will the circuit arrangement 1 over the supply line 6 supplied with current (AC / DC), for example by operating a switching device 13 so the two mosfets will be 4 and 5 by means of the controller 3 so controlled that initially between the gate and the source terminal in each case no positive voltage is applied, so that the MOSFETs 4 and 5 in the forward direction (source drain) lock or at least not completely open. The MOSFETs 4 and 5 thus act as an electronic semiconductor limiting resistor. Only after expiry of a defined period of time after the switch-on, which by the design of the controller 3 is given, becomes the primary side 23-1 of the optocoupler 23 with a defined voltage resulting from the design of the matching circuit 2 results, charged. As a result, the voltage source V on the secondary side 23-2 of the optocoupler 23 energized, causing the MOSFETs 4 and 5 a positive gate-source voltage is applied. The MOSFETs 4 and 5 are thereby completely opened in the forward direction and no longer limit the current; they work from this point on like normal ladder.

Im Unterschied dazu weist die in 2B dargestellte Schaltungsanordnung 1 zwei Vorwiderstände 16 auf, die an der Ausgangsseite der Anordnung in Serie zwischen die Versorgungsleitung 6 und die Ausgangsleitung 7 geschaltet sind. Zwischen die beiden Widerstände 16 ist wiederum eine Temperatursicherung 17 geschaltet, welche dem Schutz der verschiedenen Bauelemente und damit der Anordnung 1 vor thermischer Überlast dient. Der von den beiden MOSFETs 4 und 5 gebildete Strompfad ist elektrisch parallel dazu geschaltet. In diesem Fall erfolgt die Begrenzung des Stroms im Einschaltzeitpunkt mit Hilfe der Vorwiderstände 16, welche in Serie zur Lampenlast geschaltet sind. Der von den beiden MOSFETs 4 und 5 gebildete Strompfad wirkt nach Ablauf der vordefinierten Zeitspanne lediglich als Überbrückung der Widerstände 16 und nicht als Halbleiterwiderstand wie in der in 3a dargestellten Anordnung 1.In contrast, the in 2 B illustrated circuit arrangement 1 two series resistors 16 on, on the output side of the array in series between the supply line 6 and the output line 7 are switched. Between the two resistors 16 is again a temperature fuse 17 connected, which the protection of the various components and thus the arrangement 1 before thermal overload. The one of the two mosfets 4 and 5 formed current path is electrically connected in parallel. In this case, the current is limited at the switch-on time with the aid of the series resistors 16 , which are connected in series to the lamp load. The one of the two mosfets 4 and 5 formed current path acts after the predefined period of time only as a bridging of the resistors 16 and not as a semiconductor resistor as in the 3a illustrated arrangement 1 ,

Die beschriebene Anordnung 1 zur Begrenzung des Einschaltstroms kann sowohl als alleinstehendes Einbaugerät, als auch als Anbaugerät eines Schaltgeräts 13 oder eines Relais, oder als kombiniertes Gerät, welches den Strom sowohl schaltet als auch begrenzt, ausgeführt werden. Weiterhin sind auch andere Ausführungsformen der Anpassungsschaltung 2 möglich. Diese kann beispielsweise ebenso als Kondensator-Netzteil mit Gleichrichterglied oder als Transformator mit Gleichrichterglied ausgebildet sein. Ferner kann die Steuerung 3 auch als integrierter Schaltkreis oder als Microcontroller ausgebildet sein.The described arrangement 1 To limit the inrush current can be used both as a stand-alone unit, as well as an attachment of a switching device 13 or a relay, or as a combined device, which both turns on and off the power. Furthermore, other embodiments of the matching circuit 2 possible. This can for example also be designed as a capacitor power supply with rectifier element or as a transformer with rectifier. Furthermore, the controller 3 also be designed as an integrated circuit or as a microcontroller.

Claims

Arrangement ( 1 ) for limiting an inrush current, wherein the inrush current for an electronic ballast ( 9 ) a lamp load ( 10 ), - with a circuit ( 2 ) for adapting a first voltage, which via a supply line ( 6 ) of the circuit ( 2 ), - with a controller ( 3 ), the input side with at least one output of the matching circuit ( 2 ), - in which the controller ( 3 ) on the output side via a first MOSFET ( 4 ) with the supply line ( 6 ), - in which the controller ( 3 ) on the output side via a second MOSFET ( 5 ) with an output line ( 7 ), with which the arrangement ( 1 ) with the ballast ( 9 ), and - where the two MOSFETs ( 4 . 5 ) are switched such that the via the output line ( 7 ) inrush current is limited to a switch-on time in a predetermined manner, characterized in that - the output side of the voltage adjustment ( 2 ) via a line to the input side of the controller ( 3 ), that an output of the controller ( 3 ) with a primary page ( 23-1 ) of an optocoupler ( 23 ), - that a secondary side ( 23-2 ) of the optocoupler ( 23 ) is formed by a voltage source, - at its positive pole, the two first terminals ( 4-1 . 5-1 ) of the two MOSFETs ( 4 . 5 ) are connected, and - at the negative pole, the two second terminals ( 4-2 . 5-2 ) of the two MOSFETs ( 4 . 5 ) - that the third connection ( 4-3 ) of the first MOSFET ( 4 ) with the supply line ( 6 ), and - that the third port ( 5-3 ) of the second MOSFET ( 5 ) with the output line ( 7 ) connected is.

Arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the output of the matching circuit ( 2 ) with the input side of the controller ( 3 ) via a diode ( 22 ) connected is.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the second connection ( 4-2 ) of the first MOSFET ( 4 ) via a diode ( 21-4 ) with the third connection ( 4-3 ) of the first MOSFET ( 4 ) and that the second port ( 5-2 ) of the second MOSFET ( 5 ) via a diode ( 21-5 ) with the third connection ( 5-3 ) of the second MOSFET ( 5 ) connected is.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the supply line ( 6 ) and the output line ( 7 ) a series resistor ( 16 ) is switched.

Arrangement ( 1 ) according to claim 4, characterized in that a temperature fuse ( 17 ) in series with the series resistor ( 16 ) between the output line ( 7 ) and the supply line ( 6 ) is switched.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the matching circuit ( 2 ) is designed as a voltage divider, as a transformer or as a capacitor power supply.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the controller ( 3 ) a resistor ( 18 ) and a capacitor ( 19 ), wherein the resistance ( 18 ) between a first input of the controller ( 3 ) and the first output of the controller ( 3 ), and - wherein the capacitor ( 19 ) with the first output of the controller ( 3 ) and a neutral ( 8th ) connected is.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 3 ) is designed as an integrated circuit or as a microcontroller.

Arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line ( 6 ) is designed as a power supply line, preferably with an AC voltage of 230 V.

Switching device for switching a lamp load operated with an electronic ballast, comprising an arrangement ( 1 ) for limiting an inrush current according to one of claims 1 to 9.