DE1589121C3

DE1589121C3 - Schaltungsanordnung zur Helligkeitsregelung von Glühlampen

Info

Publication number: DE1589121C3
Application number: DE1589121A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Scharpenberg; Wilfried Strauss
Original assignee: CEAG DOMINIT AG 4600 DORTMUND
Current assignee: CEAG DOMINIT AG 4600 DORTMUND
Priority date: 1967-12-09
Filing date: 1967-12-09
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE1589121A1; DE1589121B2

Description

30

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitsregelung von Glühlampen, insbesondere in mit galvanischen Elementen betriebenen Leuchten, bei der die Glühlampe mit einem lichtelektrischen Wandler optisch gekoppelt ist, welcher eine Kippschaltung ansteuert, durch die die Glühlampe im Pulsbetrieb bei einer vonvählbaren unteren Helligkeitsstufe an Spannung liegt und bei Erreichen einer vorgewählten' höheren Helligkeit stromlos geschaltet wird, wobei die Pulsfrequenz so hoch liegt, daß für das Auge keine Dunkelpausen entstehen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 095 942 ist eine am Wechselspannungsnetz betriebene Schaltungsanordnung zur Helligkeitssteuerung von Leuchtstofflampen bekannt. Bei dieser Anordnung ist im Hauptstromkreis der Leuchtstofflampe ein Fototransistor geschaltet, der durch die an einem Stellwiderstand veränderbare Helligkeit einer Glühlampe gesteuert wird. Der durch den Fototransistor fließende Strom erzeugt ebenso wie der durch den Stellwiderstand fließende Strom Verlustwärme.

Auch bei gleichspannungsgespeisten Leuchten wurde die Helligkeit bisher meistens durch ein in Reihe zur Glühlampe geschaltetes Stellglied geregelt. Als Stellglied diente beispielsweise die Kollektor-Emitterstrecke eines im Verstärkerbetrieb arbeitenden Transistors oder ein Stellwiderstand.

Die Energiebilanz zeigt jedoch, daß derartige Schaltungsanordnungen, bedingt durch relativ große Verluste am Vorwiderstand und Stellglied, mit einem geringen elektrischen Wirkungsgrad arbeiten. Während bei Netzbetrieb diese Verluste vernachlässigt werden können, ist bei batteriegespeisten Leuchten eine möglichst verlustlose Helligkeitsregelung anzustreben.

Die Brenndauer t_s von mit Trockenbatterien bzw. Akkumulatoren betriebenen Leuchten wird durch einen vorgeschriebenen bzw. frei festzulegenden Mindestwert des Lichtstroms bestimmt. Bei vorgegebener optischer Einrichtung und Glühlampe ergibt sich daraus die Brennschlußspannung Us.

Der typische Verlauf von Spannung, Strom und Leistung wird in den F i g. 1 bis 3 am Beispiel einer Trockenbatterie veranschaulicht. Bei vorgegebener Brennschlußspannung Us, entsprechend dem Strom Is und der Leistung Ps wird der schraffierte Teil der Leistungskennlinie (F i g. 3) nicht ausgenutzt. Die Brennschlußspannung wird zum Zeitpunkt t_s erreicht.

Es stellt sich daher die Aufgabe, den zu hohen nicht erforderlichen Anfangswert der Leistung und damit auch des Lichtstroms / auf den Sollwert bzw. Mindestwert F.s zu bringen. Anders formuliert heißt das, die mit A₁ bezeichnete schraffierte Fläche des Leistungsdiagramms soll sinnvoll ausgenutzt werden und gleichzeitig soll möglichst noch ein Teil der Fläche A₂ und A% genutzt werden. Stellt man dies im Diagramm gemäß F i g. 4 dar, so entspricht der Zeitraum t_s der mit den bisherigen Mitteln ausgenutzten Zeit bzw. Leistung. Durch Ausnutzung der Fläche A _t (F i g. 3) wird die zusätzliche Zeitdauer t_s' gewonnen, wobei das Produkt¹ aus t/ und Ps der Fläche A _t entspricht. Weiter wird es gemäß einem Teilmerkmal der im folgenden.noch näher beschriebenen Erfindung möglich, auch die Energie Λ₂ (Fig. 3) auszunutzen, indem durch Wahl einer kleineren Glühlampennennspannung bei gleicher Nennleistung die Brennschlußspannung auf Us (F i g. 1) gemindert wird, wobei die zusätzliche Brennzeit Δ //' (F i g. 4), entsprechend der Energie A₂ (Fig. 3) gewonnen wird." Dieser Brenndauergewinn kann aber auch energiemäßig als Vergrößerung der Glühlampenleistung auf den Wert Ps' (F i g. 5) genutzt werden. Ein weiterer besonderer Vorteil einer nach diesen Forderungen ausgelegten Leuchtenanordnung ist die Verminderung des Glühlampenverbrauchs, da durch die Überspannung — in F i g. 1 im Zeitraum von t = 0 bis t = t_s — die zulässige Nenntemperatur, der Glühlampe, je nach Auslegung, mehr, oder weniger überschritten und damit die Lebensdauer der Glühlampe wesentlich verkürzt wird. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit, eine solche Leuchte bzw. Glühlampen-Schaltungskombination in Verbindung mit weitgehend beliebigen Stromquellen, die sich durch Spannung, Spannungslage, Spannungsverlauf und Innenwiderstand unterscheiden, zu betreiben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Glühlampe im Lastkreis eines astabilen Multivibrators mit mindestens zwei komplementären Transistoren liegt und daß das die Frequenz und/oder Pulsdauer des Multivibrators bestimmende Bauelement ein mit der Glühlampe optisch gekoppelter lichtelektrischer Wandler ist und daß die Amplitude der Spannungspulse höher ist als die Nennspannung der Glühlampe.

Als lichtelektrische Wandler können Fotowiderstand, Fototransistor, Fotodiode oder Fotoelement dienen.

An Hand der F i g. 6 wird eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung näher erläutert.

Bei dieser Anordnung ist die Glühlampe 10 mit einem lichtelektrischen Wandler 12 optisch gekoppelt. Dieser steuert eine Multivibratorschaltung an, durch die die Glühlampe 10 im Pulsbetrieb bei einer Frequenz betrieben wird, die so hoch gewählt ist, daß für das Auge keine sichtbare Helligkeitsschwan-

kung entsteht und deren Spannungsamplitude höher liegt als die Nennspannung der Glühlampe. Erfindungsgemäß wird der Multivibrator in einer Schaltung mit komplementären Transistoren T10, T 20 ausgeführt, die sich durch geringen Eigenstromverbrauch auszeichnet.

Der Multivibrator wird beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 400 Hz und einem Tastverhältnis von T = 0,5 betrieben. Die Grundschaltung und die Wirkungsweise eines solchen astabilen Multivibrators mit komplementären Transistoren ist bekannt.

Erfindungsgemäß ist in diesem Multivibrator als eines der die Pulsfrequenz und/oder Pulsdauer bestimmenden Bauelemente ein lichtelektrischer Wandler 12 vorgesehen. Dieser als Widerstand geschaltete lichtelektrische Wandler 12 ist dann mit der Glühlampe 10, die im Lastkreis des Multivibrators liegt, optisch gekoppelt; in der Figur ist dies nicht näher dargestellt.

Bei steigendem Lichtstrom der Glühlampe ver- so mindert sich der Widerstandswert des lichtelektrischen Wandlers 12 und damit die Zeitkonstante des aus lichtelektrischem Wandler 12 und Kondensator 15 bestehenden i?C-Glieds. Die Pulsdauer wird damit verringert. Die Pulspause bleibt annähernd kon- as stant, da diese im wesentlichen durch das jRC-Glied, bestehend aus Kondensator 15, Widerstand 11 und lichtelektrischem Wandler 12, bestimmt ist, Widerstand 11 jedoch groß gegen Widerstand 12 ist. Der Mittelwert des Stroms durch die Glühlampenwendel wird also geringer und ihr Lichtstrom kleiner.

Entsprechend wird die Pulsdauer bei sinkendem Lichtstrom erhöht.

Um den Einfluß des Fremdlichts (Außenlicht) auszuschalten, besteht die Möglichkeit, eine Hilfsregelstrecke derart aufzubauen, daß der lichtelektrische Wandler als lichtgekapselte Einheit mit einer parallel zur Glühlampe liegenden Hilfsglühlampe zusammengefaßt wird.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine einfache Helligkeitsregelung von Glühlampen, wobei Schwankungen der Versorgungsspannung unterschiedliche Zuleitungswiderstände zur Glühlampe, Exemplarsteuerungen und die zeitliche Lichtstromabnahme der Glühlampe ausgeregelt werden.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß durch Benutzen eines astabilen Multivibrators mit komplementären Transistoren die teure Batterieenergie (etwa 100 DM/KWh) wirtschaftlich umgeformt wird. Weil die Nennspannung der Glühlampe niedriger ist als die mittlere Entladespannung der Batterie, wird eine längere Brenndauer der Lampe bei gleichbleibendem Lichtstrom erreicht, und die Glühlampe erreicht eine längere Lebensdauer, da sie bei frischer Batterie nicht mit zeitweiliger Überspannung betrieben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Helligkeitsregelung von Glühlampen, insbesondere in mit galvanisehen Elementen betriebenen Leuchten, bei der die Glühlampe mit einem lichtelektrischen Wandler optisch gekoppelt ist, welcher eine Kippschaltung ansteuert, durch die die Glühlampe im Pulsbetrieb bei einer vonvählbaren unteren HeI-ligkeitsstufe an Spannung liegt und bei. Erreichen einer vorgewählten höheren Helligkeit stromlos geschaltet wird, wobei die Pulsfrequenz so hoch liegt, daß für das Äuge keine Dunkelpausen entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühlampe (10) im Lastkreis eines astabilen Multivibrators mit mindestens zwei komplemen- , tären Transistoren (T₁₀ und T₂q) liegt und daß das die Frequenz und/oder Pulsdauer des Multi- ' vibrators bestimmende Bauelement ein mit der Glühlampe optisch gekoppelter lichtelektrischer Wandler (12) ist und daß die Amplitude der Spannungspulse höher ist als die Nennspannung der Glühlampe (10).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtelektrische Wandler (12) ein Fotoelement, ein Fotowiderstand, eine Fotodiode oder ein Fototransistor ist.