DE2543370C3 - Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach dem Phasenanschnittprinzip insbesondere Helligkeitsregler - Google Patents

Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach dem Phasenanschnittprinzip insbesondere Helligkeitsregler

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DE2543370C3 DE19752543370 DE2543370A DE2543370C3 DE 2543370 C3 DE2543370 C3 DE 2543370C3 DE 19752543370 DE19752543370 DE 19752543370 DE 2543370 A DE2543370 A DE 2543370A DE 2543370 C3 DE2543370 C3 DE 2543370C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach dem Phasenanschnittsprinzip, insbesondere einen Helligkeitsregler, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus der Veröffentlichung »ETZ-A« Bd. 96 (1975), Heft 7, Seilen 317 und 318, bekannt Es handelt sich dabei um ein Zündwinkelsteuergerät für netzgeführte Stromrichter in einem Netz variabler Frequenz. Der Befehlsgeber besteht aus einer einstellbaren Steuerspannungsquelle, die eine den einzustellenden Zündwinkelwert bestimmende Steuerspannung liefert Aus der Steuerspannung wird in einem Analog-Digital-Wandler ein digitales Steuersignal abgeleitet das in einer Speichervorrichtung gespeichert wird. In einem programmierbaren Komparator wird dann die Anzahl der — nach dem Auftreten eines Nulldurchgangs einer an dem Verbraucher liegenden Wechselspannung — eintreffenden Taktimpulse mit dem gespeicherten digitalen Steuersignal verglichen. Sobald die Anzahl der empfangenen Taktimpulse dem digitalen Steuersignal entspricht wird eine Logikschaltung über den Komparator zur Abgabe eines Startimpulses veranlaßt der einen Halbleiterleistungsschalter steuert Nachteilig ist die Störanfälligkeit dieser Vorrichtung, die auf das vom Befehlsgeber abgegebene analoge Steuersignal zurückzuführen ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine weitgehend störungsfreie Steuerung des Verbrauchers nach dem Phasenanschnittsprinzip erfolgt Insbesondere soll die Vorrichtung als Helligkeitsregler im Rahmen einer extrem flache Baugruppen und Folienleitungen aufweisenden Installationstechnik anwendbar sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß vom Befehlsgeber digitale Signale geliefert werden, die lediglich durch die Dauer der Betätigung eines Betätigungsorgans die Einstellung oder Verstellung der Phasenlage des dem Halbleiterleistungsschalter zugeführten Startimpulses bewirken. Als weiterer Vorteil ergibt sich die Möglichkeit, den Halbleiterleistungsschalter unmittelbar bei dem über ihn geschalteten Verbraucher anzuordnen und einen oder mehrere Befehlsgeber vorzusehen, die von dem Halbleiterleistungsschalter räumlich getrennt sind. Als Helligkeitsregler eingesetzte, erfindungsgemäße Vorrichtungen können als extrem flache Bauteile ausgebildet werden, die im Rahmen einer in der DE-OS 22 05 414 beschriebenen neuen Installationstechnik verwendbar sind und mit den in dieser Technik
verwendeten extrem flachen Bausteinen im Hinblick auf ihre Abmessungen kompatibel sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch eine einem bestimmten Befehlsgeber nachgeschaltete Codierschaltung jeder von diesem ausgehende Befehl so codiert werden kann, daß ein bestimmter Halbleiterleistungsschalter durch diesen Code zugeordnet wird. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn eine Mehrzahl von Befehlsgebern und Halbleiterleistungsschaltern vorhanden sind.
Aus der DE-AS 15 38 135 ist eine Anordnung zur Steuerung des Zündwinkels der Ventile einer mehrpulsigen Stromrichterschaltung mit steuerbaren Stromrichterventilen bekannt, bei der eine Steuerspannung in einem Spannungs-Frequenz-Wandler in Zählimpulse mit einer von der Steuerspannung abhängigen Frequenz umgeformt wird. Die weitere Zündwinkelsteuerung erfolgt dabei über Zähleinheiten, die nach dem Empfang einer voreingestellten Zahl von Zählimpulsen die Erzeugung eines Zündimpulses veranlassen. Wegen der vom Befehlsgeber abgegebenen analogen Steuersignale ist auch diese Anordnung siöningsanfällig.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand d<*r Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild der gesamten Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig.2 ein Blockschaltbild des in Fig. 1 mit 2 bezeichneten Steuerteiles;
F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Speichervorrichtung 22;
Fig.4 bis 6 zeigen Blockschaltbilder von Ausführungsformen des Steuerteils 23;
F i g. 7 zeigt ein Blockschaltbild für einen Befehlsgeber;
Fig.8 zeigt ein Schaltbild eines speziellen Ausführungsbeispiels.
In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt Mit 1 ist ein Befehlsgeber bezeichnet, der z. B. aus einem astabilen Multivibrator besteht und der beispielsweise alle 500 msec einen 10 msec dauernden Impuls abgibt, solange die Betätigungstaste gedrückt wird. Der Steuerteil 2 nimmt die vom Befehlsgeber 1 ausgehenden Impulse auf und steuert in Abhängigkeit von der Zahl dieser Impulse die Lage des Zündimpulses für den Halbleiter-Leistungsschalter 3 relativ zum Null-Durchgang der aus der Netzspannungsquelle 4 kommenden Wechselspannung. Zur Auslösung dient dabei eine Auslöseleitung 6. Der Verbraucher 5 ist in Reihe mit dem Halbleiter-Leistungsschalter 3 geschaltet. so
F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuerteiles 2. Dabei ist mit 21 ein erster Zähler bezeichnet, der die vom Befehh>geber I ausgehenden Impulse zählt Er ist dabei so ausgelegt, daß er bis zu einem Maximalwert hochzählt, bei Erreichen des Maximalwertes in der Betriebsart umgeschaltet wird, dann wieder herunterzählt und bei Erreichen eines Minimalwertes wieder auf Hochzählen umgeschaltet wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß allein durch die Dauer der Betätigung des Befehlsgebers der Halbleiter-Leistungsschalter 3 in den μ gewünschten Schaltzustand gebracht werden kann. Dem ersten Zähler 21 ist eine Speichervorrichtung 22 nachgeschaltet, die den Stand dieses ersten Zählers aufnimmt. In einer ersten Ausführungsform ist diese Speichervorrichtung 22 ein Zwischenspeicher, bei dem Km Ausgang der am Eingang eingegebene Wert erscheint. In einer zweiten Ausführungsform besteht diese Speichervorrichtui.f-, 22 aus einem Register 221 und einem diesem Register 221 nachgeschalteten Festwertspeicher 222 (F i g, 3), Das Register 221 ordnet dabei jedem am Ausgang des ersten Zählers 21 auftretenden DigitaJwert eine vorgegebene feste Adresse des Festwertspeichers zu. Die unter dieser Adresse des Festwertspeichers gespeicherte digitale Größe tritt dann am Ausgang des Festwertspeichers und damit am Ausgang der Speichervorrichtung 22 auf. Damit wird erreicht, daß die Speichervorrichtung 22 zu jedem an ihrem Eingang eingegebenen Digitalwert W am Ausgang eine eindeutig zugeordnete andere digitale Größe g=g(W) angibt. Diese zweite Ausführungsform erlaubt eine Anpassung der Vorrichtung an die Verbraucherkennlinie des Verbrauchers 5. Eine solche Anpassung ist insbesondere dann wünschenswert, wenn die vom Verbraucher, z. B. eine elektrische Lampe, aufgenommene elektrische Leistung nicht linear mit der vom Verbraucher zu erzielenden weiteren Wirkung, z. B. der Beleuchtungsstärke, zusammenhängt
In bevorzugter Ausgestaltung enthalten der Zwischenspeicher bzw. das Register 221 "^NOS-Transistoren als Speicherelemente. Mit solchen Speichertransistoren wird ermöglicht, die im Speicher enthaltene Information auch nach dem Abschalten oder dem Ausfall der Betriebsspannung über ein Jahr lang aufrechtzuerhalten. Sie eignen sich demnach besonders für Fälle, in denen zwar ein/ausgeschaltet, aber der Zählerstand nur sehr selten vom Betätigungsteil aus verändert wird. Ein solcher Fall liegt beispielsweise vor, wenn der zu steuernde Laststrom durch einen gesonderten Ein-Aus-Schalter abgeschaltet wird und nicht etwa durch Betätigung der Betätigungsteile auf Null zurückgeregelt wird.
Auf diese Speichervorrichtung 22 folgt eine Schaltungsanordnung, die an den Halbleiter-Leistungsschalter den Zündimpuls abgibt und dabei die Lage dieses Zündimpulses zum Null-Durchgang der Wechselspannungsphase jeweils nach der am Ausgang der Speichervorrichtung 22 auftretenden digitalen Größe steuert Diese Schaltungsanordnung stellt damit einen als »Digital-Analog-Wandler« aufzufassenden Wandler 23 dar, der die am Ausgang der Speichervorrichtung 22 auftretende digitale Größe aufnimmt, und bei dem die von dieser digitalen Größe bestimmte analoge Größe die Zeitdifferenz zwischen dem Null-Durchgang der Wechselspannungsphase und dem abgegebenen Zündimpuls ist Ein solcher Wandler 23 enthält in einer ersten Ausführungsform (F i g. 4) einen startbaren und setzbaren zweiten Zähler 231, der beim Nulldurchgang der Wechselspannungsphase auf einen Wert gesetzt und gestartet wird, wobei dieser Wert von der am Ausgang der Speichervorrichtung 22 erscheinenden digitalen Größe bestimmt wird. Dieser Zähler zählt mit einem Zähltakt bis zu einem Maximalwert hoch und gibt bei Erreichen dieses Maximalwertes den Zündimpuls ab. Der Zähltakt wird dabei von einem Taktgeber 234 bestimmt Das Startsignal für den zweiten Zähler 231 gibt ein Auslöser 235, der bei Erreichen des Nulldurchganges der Wechselspannung einen Impuls an den Zähler 231 abgibt. Dieser Auslöser 235 ist über eine Auslöseleitung 6 mit der Netzwechselspannungsquelle 4 verbunden. Nach Erreichen des Maximalwertes und dem Abgeben des Zündimpulses wird der zweite Zähler 231 vom nächsten, von dem Auslöser 235 abgegebenen Startimpuls wieder auf den von der Speichervorrichtung 22 vorgegebenen Wtri gesetzt und erneut gestartet. Die Impulsfrequenz des Taktgebers 234 ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches
der Netzfrequenz, das der Anzahl der möglichen Schaltzustände des zweiten Zählers 231 entspricht, beispielsweise bei einem 6-stufigen Binärzähler als Wandler 23 das 64fache der Netzfrequenz, beträgt. Durch die Wahl der Impulsfolgefrequenz des Taktgebers 234 wird die Periode der Netzfrequenz in entsprechend viele Teilstücke aufgelöst, so daß auf diese Weise die Steuerung mit der Phasenanschnittsteuerung sehr fein gestaltet werden kann.
Ein spezielles Beispiel für eine solche Ausführungsform des Steuerteiles 22 ist in Fig.8 dargestellt. Sie besteht aus einem ersten Zähler 21, für den beispielsweise ein binärer 4-Bit-Umkehrzähler verwendet wird. An diesen Zähler ist eine T-Flip-Flop-Richtungsumkehrschaltung 223 angeschlossen, die den ersten Zähler 21 bei Erreichen eines maximalen Standes auf Abwärtszählen, bei Erreichen eines minimalen Standes auf Aufwärtszählen umschaltet. Auf diesen ersten Zähler 21 folgt ein Zwischenspeicher als Speichervorrichtung 22. die wie oben beschrieben in bevorzugter Ausführungsform MNOS-Speichertransistoren enthält. Auf diesen Zwischenspeicher folgt eine Schaltungsanordnung mit einem zweiten Zähler 231, die als »Digital-Analog-Wandler« in Form des Wandlers 23 aufgefaßt werden kann. Als zweiter Zähler 231 kann ebenfalls ein 4-Bit-Umkehrzähler verwendet werden. Mit diesem 4-Bit-Umkehrzähler wird dann die Phase der zu steuernden Netzspannung in 2* — 16 Teile unterteilt. Der /weite Zähler 231 arbeitet im Abwärtsbetrieb. An seinen Ausgängen befindet sich ein RS-Flip-Flop, das den Wandler 23 solange sperrt, bis ein neuer, vom Nulldurchgang der Netzwechselspannung abgeleiteter Aiislöseimpuls eintrifft. Die von den Befehlsgebern ausgehenden Signale werden an den Eingang 7 des ersten Zählers 21 gelegt. Der Eingang 8 des zweiten Zählers 231 wird an den Taktgeber 234, der Eingang 9 an den Auslöser 235, der Ausgang 110 an den Halbleiter-Leistungsschalter angeschlossen.
In einer anderen Ausführungsform (Fig. 5) der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält der »Digital-Analog-Wandler« in Form des Wandlers 23 ein Schieberegister 232 mit einer festen Umlauffrequenz. Der umiauf wird dabei von einem Taktgeber 234 gesteuert, durch den ebenso die Umlauffrequenz bestimmt ist. Aus dem ersten Zähler 21 wird über die ·)5 Speichervorrichtung 22 in das Schieberegister 232 eingelesen, an welchem Platz des Schieberegisters die den Zündimpuls auslösende Information »1« auftritt. Der Beginn des Umlaufes dieses Schieberegisters 232 wird ebenfalls durch eine Auslöseleitung 6 vom Nulldurchgang der Wechselspannungsphase gesteuert. Als Zündimpuls dient bei dieser Ausführungsform ein Impuls, der an dem Schieberegister 232 dann auftritt, wenn die »!«-Information am Ende des Registers erscheint.
In einer weiteren Variante (F i g. 6) der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält der »Digital-Analog-Wandler« in Form des Wandlers 23 einen Speicher 233 mit einer festen Adressenfolge. Zur Festlegung, zu welchem Zeitpunkt relativ zum Nulldurchgang der Wechselspannung der Zündimpuls am Ausgang erscheinen soll, wird eine Information »1« auf einen bestimmten Speicherplatz dieses Speichers eingelesen. Das Auslesen in fester Adressenfolge erfolgt durch einen von einem Taktgeber 234 getakteten Zähler 236; dieser Zähler wird durch einen Auslöseimpuls des Auslösers 235 beim Nulldurchgang der Netzwechselspannung gestartet. Es werden sodann die einzelnen Adressen des Speichers nacheinander abgefragt und beim Auftreten einer »1« in dem Speicher ein Zündimpuls an den Halbleiter-Leistungsschalter abgegeben.
Der Halbleiter-Leistungsschalter 3 kann bei allen Ausfiihrungsformen ein Thyristor oder ein Triac sein, der ays Sicherheitsgründen potentialmäßig getrennt an das Ste'ierteil 2 angeschlossen werden kann. In einer anderen Ausführungsform (Fig.7) ist jeder Befehlsgeber 1 als Zwillingsbetätigungsteil ausgebildet. Bei Betätigung des ersten Betätigungsorgans 11 wird die Schaltleistung erhöht, bei Betätigung des zweiten Betätigungsorgans 12 erniedrigt. Zur Anpassung an dieses Zwillingsbetätigungsteil hat in dieser Ausführungsform der erste Zähler 21 zwei Eingänge, 211 und 212, so daß er beim Eintreffen von Impulsen am ersten Eingang 211 bis zu einem Maximalwert hochzählt, beim Eintreffen von Impulsen am zweiten Eingang 212 bis zu einem Minimalwert herunterzählt. In dieser Ausführungsform braucht der erste Zähler nicht mit einer Umschaltung bei Überlauf ausgelegt werden. Der erste Zähler 21 weist jedoch einen oberen Anschlag auf. damit
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zurückfällt. Entsprechendes ist für das Minimum vorgesehen, damit der Zähler bei Erreichen des Minimums nicht auf Maximum durchschaltet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims (7)

Patentansprüche;
1. Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach dem Phasenanschnittsprinzip, insbesondere Helligkeitsregler, mit einem Befehlsgeber, einer mit einem digitalen Steuersignal beaufschlagten Speichervorrichtung, einem Wandler, der von einem von der Speichervorrichtung abgegebenen digitalen Steuersigna! einen Startimpuls ableitet, dessen Phasenlage gegenüber einem Nulldurchgang einer an dem Verbraucher liegenden Wechselspannung von dem letztgenannten digitalen Signal abhängt, und einem mit dem Startimpuls beaufschlagten Halbleiterleistungsschalter, da- >s durch gekennzeichnet, daß der Befehlsgeber einen Impulsgeber aufweist, der für die Dauer der Betätigung eines Betätigungsorgans (11) Impulse konstanter Folgefrequenz liefert, daß ein dem Befehlsgeber nachgeschalteter erster Zähler (21) vorgesehen ist und daß die Phasenlage des im Wandler (23) erzeugten Startimpuises durch das der Speichervorrichtung (22) als digitales Steuersignal zugeführte Ausgangssignal des ersten Zählers (21) bestimmt ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (22) als Speicherelemente MNOS-Transistoren enthält
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (22) ein Register (221) und einen diesem Register nachgeschalti'.en Festwertspeicher(222)aufweist
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (23) einen zweiten startbaren und setzbaren Zähler -(231) aufweist, der Taktimpulse eines Taktgebers (234) zählt, und daß ein Auslöser (235) vorhanden ist der den zweiten Zähler beim Nulldurchgang der Netzwechselspannung bei einem Anfangswert startet wobei dieser Anfangswert von der von der Speichervorrichtung *o (22) abgegebenen digitalen Größe bestimmt ist und wobei dieser zweite Zähler (231) so ausgeführt ist daß er bei Erreichen eines vorgegebenen Maximalwertes einen Startimpuls an den Halbleiter-Leistungsschalter (3) abgibt und dann auf einen 4S Anfangswert gesetzt wird, der durch das von der Speichervorrichtung (22) abgegebene digitale Steuersignal bestimmt ist
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Wandler (23) ein Schieberegister (232) mit fester Umlauffolge aufweist das beim Auftreten einer »!«-Information am Ausgang des Schieberegisters einen Startimpuls an den Halbleiter-Leistungsschalter (3) abgibt, und daß ein Auslöser (23S) vorhanden ist der den Umlauf des Schieberegisters beim Nulldurchgang der Netzwechselspannung startet.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (23) einen adressierbaren Speicher (233) mit fester Adressen- M folge aufweist, dessen jeweilige Adresse von dem Stand eines von einem Taktgeber (234) getakteten Zählers (236) bestimmt ist, und wobei der Speicher (233) bei Auftreten einer »I« an einer vorgegebenen Adresse einen Startimpuls an den Halbleiter-Leistungsschalter (3) abgibt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Befehlsgeber (1) ein erstes und ein zweites Betätigungsorgan (H, 12) enthalt, und daß der erste Zähler einen ersten und einen zweiten Eingang (211, 212) aufweist, und wobei das erste Betätigungsorgan (11) mit dem ersten Eingang (211), das zweite Betätigungsorgan (12) mit dem zweiten Eingang (212) des ersten Zählers (21) verbunden sind, und wobei der Stand des ersten Zählers (21) bei Eintreffen von Impulsen an dem ersten Eingang (211) erhöht bei Eintreffen von Impulsen auf dem zweiten Eingang (212) erniedrigt wird.
DE19752543370 1975-09-29 1975-09-29 Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach dem Phasenanschnittprinzip insbesondere Helligkeitsregler Expired DE2543370C3 (de)

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