DE2917881A1

DE2917881A1 - Lichtgekoppelter dimmer-schaltkreis fuer hochleistungs-gasentladungslampen

Info

Publication number: DE2917881A1
Application number: DE19792917881
Authority: DE
Inventors: Eric Lambert Hendrik Nuver
Original assignee: Esquire Inc
Current assignee: Esquire Inc
Priority date: 1978-07-24
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1980-02-14
Also published as: CA1112294A; MX147233A; IT7948910A0; AU4887179A; AU524532B2; FR2432256A1; GB2026266B; US4197485A; BE876081A; GB2026266A; ES478770A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dimmer-Schaltkreise für Hochleistungs-Gasentladungslampen (HID) und insbesondere einen Dimmer, der die Lampe wenigstens teilweise über einen Blindstrom-Lastnebenschluß mit einem Dimmerstrom versieht.

In der US-PS 3 816 794 ist ein Schaltkreis beschrieben, der mit einem zweiteiligen Blindstrom-Vorsohaltgerät ausgestattet ist, welches mit der Hochleistungs-Gasentladungslampe in Reihe geschaltet ist. Eines der beiden Elemente des Torschaltgerätes ist parallel zu den Hauptklemmen eines, als Anschnitt-Nebenschlußeinrichtung wirkenden Triao geschaltet. Wenn der Triao leitend wird, wird durch

BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030 448 (BK CGOßXKOVs -HPQS76QME«KJkl

,HAMBURG 147607-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

2917Θ81

./Id·

diesen ein Stromverlauf errichtet, der wenigstens teilweise das Blindstromelement nebenschließt. Die Bauer der Stromleitung bestimmt den gesamten Stromanstieg im Vorschaltgerät und damit in der Lampe und bildet damit eine Einrichtung zur Errichtung der Lampenhelligkeit.

Im Schaltkreis gemäß der US-PS 3 816 794 ist eine Nieder-Anschnitt-Spannungsquelle oder Steuerspannung für die Gatterschaltung des Anschnittnebenschlusses zusammen mit anderen Komponenten von einem Potentiometer, einem Isolier-Transformator-

schaltkreis, einem zweiten Triac und einem Zenerdioden-Netzwerk

abgezweigt. Der Anschnittnebenschlußtriae wird von einer Anschnitt-Anspannungsquelle, deren Amplitude durch eine Anschnitt-Signalsteuereinrichtung mit einer Zenerdiode gesteuert ist, um den Triac in Bezug auf den Lampenstrom zu einem genauen Zeitpunkt einzusehal ten, in Phase zur Netzspannung gezündet. Sie Zenerdiode verhindert auch, daß der Triac während einer Zeit, in der eine entgegengesetzt polarisierte Voreohaltgerätspannung und Lampenetrom auftreten könnten, leitend bleibt, was ein Flackern der Lampe zur Folge hätte. Sie Anwendung bei Schaltkreisen mit mehreren Lampen oder drei Phaseneyste- men war beschwerlich und die Isolation der Triggerung des AnschnittnebenschluBtriaes und der SohaltkreiBstromversorgung war unvollständig.

In der US-PS 3 894 265 ist ein Schaltkreis vorgeschlagen, der eine Steuerschaltung für die Anschnittnebenschlußschaltung mit einem programmierbaren Einschichttransistor aufweist. Sie Anschließ-

0 3 0007/0656

barkeit an Einfach- und Dreiphasen-Stromversorgungssysteme iet zwar verbessert, aber die Anschnittsteuerung des Nebenschlußtriaes ist immer noch nicht von der Wechselstrom-Verteilerspannung unabhängig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Bimmerschaltung mit einem Nebenschlußtriac oder einer Anschnittsteuereinrichtung für wenigstens teilweisenNebenschluß des, mit der HID-Lampe verbundenen Blindstromelementes des Vorschaltgerätes zu schaffen, bei der die Spannungsquelle für die Steuerung der Anschnittnebenschlußschaltung und deren Ansteuerung isoliert ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dimmerschaltung mit einer Anschnittnebenschlußschaltung für wenigstens teilweisenNebenschluß des, mit der HID-Lampe verbundenen Blindstromelementes des Vorschaltgerätes zu schaffen, bei der die Spannungsquelle für die Steuerung der Anschnittnebenachlußschaltung und die Ansteuerung des Spannungsquelle durch eine optisch isolierte Steuereinrichtung, beispielsweise einer Lichtkupplung isoliert sind.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dimmersohaltung mit einer Anschnitt-Nebensohlußschaltung für wenigstens teilweiseNebenschluß des, mit der HID-Lampe verbundenen Blindstromelementes des Vorschaltgerätes zu schaffen, bei der die Spannungsquelle zur Steuerung der Anschnitt-Nebenschlußschaltung durch die Wirkung eines Steuerteile einer, mit der Anachnitt-Nebensohlußschaltung verbundenen Lichtkupplung isoliert ist, wobei ein

030007/06-5%-

impulsgesteuerter Empfängerteil den Steuerteil ansteuert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dimmerschaltung mit einer Anschnitt-Nebenschlußschaltung und einem impulsgesteuerten Empfängerteil, der den Steuerteil ansteuert, zu schaffen, bei der die Impulssteuerung durch, der Wechselstromzuführung eingeblendete Hochfrequenzimpulse erfolgt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine optisch isolierte Steuereinrichtung, insbesondere in Form einer Lientkupplung, zur Erzeugung getrennter Zeitsteuer- und Trigger-Funktionen für eine Anschnitt-Nebenschlußschaltung, die mit dem Blindstromteil eines Lampenvorschaltgerätes verbunden ist, verwendet. Sie Anschnitt-Nebenschlußschaltung und die Schaltung des Yorschaltgerätes sind den, gemäß der TTS-PS 5 816 794 und US-PS 3 894 265 ausgebildeten Schaltkreise ähnlich; wobei jedoch bei der vorliegenden Erfindung die Gatterschaltung des Anschnitt-Nebenschlusaes, üblicherweise ein Triac, mit dem Steuerelement, beispielsweise einem Phototriac, einem Phototransistor oder Photo SCH einer optischen Kupplung verbunden ist. Das Empfängerelement, vorzugsweise eine lichtemittieren- de Diode (LED) wird durch von außen angelegte Impulse angesteuert. Sie Impulse bestimmen die Zeitdauer, in der die LES leitend ist, und damit die Zeitdauer, in der die Steuerspannung durch den Steuerteil zum Anschnittnebenschluß fließt.

- 4 030007/0656

,M-

Die durch den Steuerteil angelegte niedrige Spannung wird durch einen Transformationsvorgang, eine Kondensator-Teilerschaltung, einen Abgriff an der Drossel des Vorschaltgerätes oder ähnliches, von der Wechselstromverteilerleitung abgezeigt. Brückenschaltungen und Zenerdioden können dazu dienen, den Betrieb der Anschnitt-Nebenschlußschaltung zu genauen Betriebezeitpunkten sicherzustellen.

Die LED kann zur Aufnahme unipolarer Impulse geschaltet sein, oder kann mit einer geeigneten Oleichrichterschaltung, zur Umwandlung von bipolaren in unipolare Impulse verbunden sein. Ebenfalls kann das, in die Wechselstromverteilerleitung eingeleitete, oder durch separate Gatterzuführungen angelegte Hochfrequenzsignal in geeigneter Weise gefiltert werden, um es als Impuls an die LED anlegen zu können. Die Verwendung von

Hochfrequenz erlaubt in diesem Zusammenhang ein selektives

Filtern von verschiedenen Frequenzen durch, mit verschiedenen Lampen verbundene, zeitgesteuerte Schaltkreise, so daß ein selektives Dimmern verschiedener Lampen gewählt werden kann.

Ausführungeformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren erläutert. Es zeigt :

Fig. 1 ein Schaltbild eines Dimmereohaltkreises gemäß dem Stand der Technik. Die Schaltkreise der vorliegenden Erfindung sind mit diesen, mit Ausnahme des Triaogliedes, vergleichbar.

030007/0656

Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Aueführungeform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Teilechaltbild einer anderen Form der optischen

Kupplung, die bei den Schaltkreisen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 4 ein Teilschaltbild einer anderen optischen Kupplung mit einem Photo SCR, die bei den Schaltkreisen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 5 ein Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Niederspannungsabgriff an der Drossel des Vorschaltgerätes, zur Versorgung des Steuerteils der optischen Kupplung mit Niederspannung;

Fig. 6 ein Schaltbild einer Aueführungeform der vorliegenden

Erfindung mit einem lose gekoppelten Blindstron-Ballast-Transformator und einem Niederspannungsabgriff an dessen Primärwicklung zur Versorgung des Steuerteils der optischen Kupplung mit Niederspannung;

Fig. 7 ein Schaltbild einer Aueführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Kondensator-Teilerschaltung zur Versorgung des Steuerteils der optischen Kupplung mit N i e ders pannung}

030007/0658

Fig. 8 ein Schaltbild einer Ausführungeform der vorliegenden Erfindung mit einer Kondensatorteilerschaltung in Kombination mit einem Dampfkondensator zur Versorgung des Steuerteils der optischen Kupplung mit Niederspannung;

Fig. 9 *i» Schaltbild einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Niederspannungstransformator zur Versorgung des Steuerteils der optischen Kupplung mit Niederspannung;

Fig. 10 ein Teilschaltbild einer Brückenschaltung die an dem Empfängerteil einer optischen Kupplung anzuschließen ist, um bipolare Impulse in geeignete unipolare Impulse für den Betrieb umzuwandeln;

Fig. 11 ein Schaltbild einer Aueführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Phototransistor in der optischen Kupplung und einer mit diesem verbundenen, geeigneten Brücke für den gleichförmigen Betrieb bei beiden Polaritäten der angelegten niederen Wechselspannung;

Fig. 12 ist ein Teilschaltbild einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Zenerdiode in Reihe zum Antriebeteil der optischen Kupplung, um sicherzustellen, daß nur eine Spannung oberhalb einer vorbestimmten Höhe als Steuerspannung angelegt wird und damit eine Absicherung

— 7 —

030007/0650

des Betriebszeitpunkte der Anschnitt-Nebenschlußschaltung erfolgt;

Fig. 13 ein Teilschaltbild mit gegenläufidgepolten Zenerdioden, die mit der Fhototriac-Steuerschaltung in Reihe geschaltet sind, um den Zeitpunkt, an dem die

Spannung an die Anechnitt-Nebenschlußschaltung angelegt wird, sicherzustellen;

Fig, 14 ein aus dem Betrieb einer Schaltung gemäß Fig. 15 resultierendes Zeit-Spannungsdiagramm;

Fig. 15 ein Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Zeitschaltung, die mit dem Empfängerteil der optischen Kupplung verbunden ist, um einen Betrieb mit einem, der Wechseletromverteilerleitung eingeleiteten oder über separate Gatterzuführungen zu geführten Hochfrequenzsignal zu ermöglichen;

Fig. 16 einer, von der unter Fig. 15 gezeigten, abweichenden Ausführungsform;

Fig. 17 ein Schaltbild einer Aueführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Schalter, der zwischen mehreren Komponenten auswählen kann, um die Kennungefrequenz

einer, mit dem Empfängerteil der optischen Kupplung

030007/0656

verbundenen Zeitgeberschaltung zu wählen, wodurch der Betrieb mit einem von mehreren, möglichen wählbaren Hochfrequenzsignalen, die der Wechselspannungs-Verteilerleitung oder durch separate Gatterleitungen zugeführt werden, ermöglicht wird.

Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des, in der US-PS 3 894 265 beschriebenen Bimmerschaltkreises, auf den in allen Fällen Bezug genommen wird.

In der Fig. 1, die auch die Fig. 1 der US-PS 3 894 265 ist, ist eine Hochleietungs-Entladungslampe 10 mit zwei induktiven Ballastelementen 12 und 14 in Reihe geschaltet und die ganze Kombination zwischen den Leitungen 16 und 18 angeordnet. Parallel zum Element 14 ist eine steuerbare Nebenschlußanordnung in Form eines Triacs 20 geschaltet, dessen erste Hauptklemme 22 mit der Leitung 16 und dessen zweite Hauptklemme 24 mit einem Knotenpunkt zwi-

ist sehen den beiden Elementen verbunden' Die Steuerklemme 26 schaltet den ebenfalls mit der Leitung 16 verbundenen Widerstand 28 kurz. Die parallel zum Element 14 geschaltete Reihenschaltung aus Widerstand 30 und Kondensator 32 dient zur Dämpfung, um am Triac 20 eine Unempfindlichkeit gegen falsches Einschalten durch die Kommutatorspannung dv/dt zu bewirken. Zwei mit dem Gitter 26 verbundene Diodenpaare 34 und. 36, und 38 und 40 versorgen den Triac mit der vom Transformator 42 kommenden Steuerspannung. Diese Dioden sind so geschaltet, daß zwei Dioden 34 und 36 in Durchlaßrichtung

030007/0656

und zwei Dioden 38 und 40 entgegen die Durchlaßrichtung liegen, und die Verbindungspunkte zwischen jedem Paar miteinander verbunden sind. An den Dioden 34t 36, 38 und 40 erfolgt ein unbedeutender Spannungsabfall in Durchlaßrichtung, um die restliehe magnetisierende Kraft des Transformators 42 abzublocken und dadurch ein falsches Zünden des Triacs 20 zu vermeiden. Alle Elemente zwischen und einschließlich Transformator 42 und Ladewiderstand 52, sowie der Drossel 14 werden als Triao-Modul 15 betrachtet.

Wenn der Triac 20 leitend ist, um einen vollständigen

Nebenschluß zum Element 14 zu bilden, fließt durch die Lampe 10 ein maximaler Strom. Wenn der Triac 20 nicht leitend ist, fließt andererseits durch die Lampe 10 ein Minimaletrom. Wenn der Triac 20 während einem Teil der Periodenspannung leitend gemacht wird, kann der Strom durch die Lampe 10 und damit die Beleuch-

dem dem

tung zwischen/gedimmerten und/vollen Lampenstromwerten variiert werden. Es ist klar, daß duroh alleiniges Steuern der Periode, in der der Triac 20 leitend ist, eine steuerbare Beleuchtung der Lampe 10 erreioht wird. Eine vollständige Erklärung der Be-Ziehung zwischen den Phasenbeziehungen von Strömen und Spannun gen für die Funktion des Sohaltkreises gemäß der Fig. 1 ist in der ÜS-PS 3 894 265 gegeben.

Die Steuerung der Durchlässigkeit des Triacs 20 ist durch eine mit dem Transformator 42 verbundene Schaltung zur Erzielung

- 10 -

030007/0656

einer steuerbaren Gitterspannung vervollständigt. Um die Funktion des Steuerschaltkreises zu verstehen, müssen noch einige zusätzliche PhasenbeZiehungen angegeben werden.Die am Element 14 (Reaktorspannung) anliegende Spannung hat gegenüber dem Lampenstrom eine Phasenvoreilung von ungefähr 85° und gegenüber der Leitungsspannung ungefähr von 30 .

In diesem Schaltkreis gemäß dem Stand der Technik sollte der Triac 20 nicht leitend gemacht werden, bevor nicht der Strom und die Spannung am Element 14 die gleiche Polarität, ent weder beide positiv oder beide negativ, aufweisen. Wenn der Triac 20 leitend wird, wenn die Spannung am Element 14 und der Strom durch dieses Element nicht die gleiche Polarität aufweisen, würde das als "Halbwellenleitung" bekannte Phänomen eintreten. Die Lampe würde in jeder Halbwelle von der gedimmer ten bis zur vollen Helligkeit aufblitzen und so einen, das Auge irritierenden Stroboskopeffekt erzeugen, der auch für die Lampe von Nachteil ist.

Der Transformator 42 ist über die Sekundärwicklung 44 des Leistungstransformators 46» dessen Primärwicklung an den Leitun gen 16 und 18 anliegt, gespeist. Eine Klemme der Sekundärwicklung 44 ist mit der Sicherung oder dem Unterbrecher 48 verbunden. Die mit den beiden Seiten der Primärwicklung von Transformator 42 verbundenen Torsohaltwiderstände 50 und 52 sind mit der Erde verbunden. Die Stromverbindung von der Sekundärwicklung 44 des Trans- formators 46 und der Primärwicklung des Transformators 42 erfolgt

- 11 -

030007/0856

liber eine, in zwei Richtungen wirkende Spannungsregulierschaltung, in Form von Zehnerdioden 54 und 56, die Kathode gegen Kathode geschaltet sind, und einem Triac 53« Ss ist allgemein bekannt, daß die Zenerdioden 54 und 56 auch Anode gegen Anode geschaltet sein können und so in der gleichen Weise wirken.

Ee ist allgemein bekannt, daß als Steuerimpuls für ein Triac zur Steuerung einer induktiven Last eine kontinuierlich angelegte Steuerspannung erwünschter ist als ein Impuls. Nochmals bezugnehmend auf die Fig. 1, ist zu sehen, daß die Zener- dioden 54 und 56 , die Kathode gegen Kathode gerichtet sind, mit den Hauptklemmen des Triacs 58 in Reihe liegen und die ganze Kombination, wie vorstehend schon erwähnt, in Reihe zur Sekundärwicklung 44 des Transformators 46 geschaltet ist. Ss ist leicht zu ersehen, daß die Steuerspannung von der Sekundär wicklung 44 eine Spannung erhält, die mit der Spannung an den Leitungen 16 und 18 in Phase ist, eine Spannung als Steuerquellenspannung bezeichnet wird. Sie ist natürlich in Phase mit der Leitungsspannung an den Leitungen 16 und 18.

Mit der Steuerklemme des Triacs 58 ist die Kathode des pro-

(PtJT)

grammierbaren Einschichttraneistors 6o/verbunden. Die Steuerverbindung mit PUT 60 ist über den variablen Widerstand 62 an eine gleichgerichtete Gleichspannung angeschlossen. Sie Zeitabstimmung der Durchlässigkeit des PUT 60 ist durch den Spannungsunterschied

- 12 -

030007/0656

zwischen der, über den Widerstand 62 angelegten Spannung und der Anodenspannung des FUT 60 bestimmt. Beide, an die

elektrode
Anode und die Steuer/des PUT 60 angelegte Spannungen sind für seine Durchlässigkeit bedeutend. Die Anodenspannung muß unbedeutend größer als die Steuerspannung sein um eine Durchlässigkeit zu bewirken. D.h., die Durchlässigkeit ist abhängig von dem arithmetischen Unterschied zwischen den an der

elektrode (Gate)
Anode und der Steuer/angelegten Spannungen. Deshalb programmiert die Einstellung von Widerstand 62, welche Anodenspannung für die Durchlässigkeit erforderlich ist. Die am Widerstand 62 angelegte Gleichspannung wird durch die Gleichrichterbrücke 64 erzeugt, die mit der Sekundärwicklung 66 des Transformators 46 verbunden ist. Eine Zehnerdiode 68 und ein Strombegrenzerwiderstand 70 stellen sicher, daß die am Widerstand 62 angelegte Spannung niemals einen vorbestimmten Wert übersteigt.

Der Ausgang der Gleichrichterbrücke 64 ist über Diode 72, Sicherung 73 und variablen Widerstand 74 auch mit einer, mit der Anode des PUT 60 verbundenen, zeitkonstanten Steuerschaltung verbunden. Diese zeitkonstante Steuerschaltung besteht aus den Kondensatoren 76 und 78 und dem Widerstand 80. Eine Diode 82 liegt in Reihe zur Spannung vom Widerstand 74*

Eine Diode 84 im Anodenschaltkreis vom PUT 60 und ein' Kondensator 86 im Gateschaltkreis vom PUT 60 sichern die positive Rückstellung des PUT 60 entsprechend der Durchlässigkeit. Es wird angemerkt, daß die Funktionsjustierung des PUT 60 durch den ver-

- 13 -

030007/0656

änderbaren Widerstand 62 vorbestimmt ist. Sie Gesamtsteuerung zur Bestimmung der Helligkeit der Lampe 10 wird durch die Einstellung des Widerstandes 74 bestimmt. Wenn der PUT 60 altert, kann die Einstellung vom Widerstand 62 verändert werden, was auch eine leichte Einstellung für die Zündbedingungen erlaubt.

Im Betrieb wird der programmierbare Einschicht-PUT 60 durch den Spannungsunterschied zwischen der Anodenspannung dee PUT (Spannung am Kondensator 73) und der Spannung am bewegbaren Kontakt des Widerstandes 62 eingeschaltet. Bei jeder Schwingung der, an der Brücke angelegten Wechselspannung erfolgt ein Anstieg auf eine Gleichspannung am Ausgang dieser Brücke, die an das Gitter des PUT 60 über den Widerstand 62 angelegt wird. Bei einer trägeren Art, wird eine, durch das Einstellen des Widerstandes 74 gestimmte Spannung an die Anode des PUT 60 angelegt. Wenn der Unterschied zwischen diesen beiden Spannungen am Gitter und der Anode des PUT 60 auf den Punkt reduziert ist, bei dem Durchlässigkeit bewirkt wird, wird eine Gitterspannung an den Triac 58 angelegt. Der Triac 58 wird leitend, wenn die über die Dioden 54 und 56 an ihn angelegte Sekundärspannung von 44 die Zenerdiodenspannung übersteigt. Wenn die Dioden 54 und 56 leitend sind, besteht ein kompletter Schaltkreis der Sekundärwindung 44 des Transformators 46. Dies erlaubt, daß der Transformator 42 mit einer Spannung versorgt

- 14 -

030007/0656

wird. Eine andere Methode zur Erzielung der gewünschten Zeitablenkung des PTJT 60, um auch ohne Zehnerdioden 54 und 56 ein Zünden innerhalb des gewünschten Gitterbereichs zu erzielen, kann durch Auswahl des Widerstandes 74 und 75» der zwischen dem Widerstand 74 und der Erde geschaltet ist, den Widerstand 80, den Kondensator 78, der durch die Zehnerdiode 68 begrenzten Spannung und der Einstellung der Gitterspannung vom PUT 60 durch Einstellen des beweglichen Arms vom Widerstand 62 verwirklicht werden. Die Einstellung kann durch Anbringen variabler Widerstände 74 in ihrer niedrigsten oder gedimmerten Einstellposition bestimmt werden.

Die Punktion des Teils der Schaltung gemäß der Fig. 1, der nicht dem Triao-Modul 15 zugehört, wird durch die, in der TJS-PS 3 894 265 enthaltene, ausführliche Beschreibung des Schaltkreises verständlich.

In der Fig. 2 ist ein Triac-Hodul gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Schaltung ist die Lampe in Reihe zu einem Torschaltgerät, bestehend aus den induktiven Slindetromelementen 12 und 14» geschaltet. Das Blindstromelement 14 ist gemäß dem oben beschriebenen Betrieb zur Erzielung einer

Dimmerung, teilweise nebengeschlossen. Über die Klemmen 110 und

und 112 ist an die Lampe 10/das Torschaltgerät eine Wechselspannung

angelegt, wobei die Primärwicklung 114 des Transformators parallel

- 15 -

030007/0656

zu diesen Klemmen geschaltet ist. In Bezug auf die Primärwicklung 114 ist das Blindstromelement 12 des Vorschaltgerätee eigentlich als Sekundärwicklung geschaltet.

Ein Anschnitt-Nebenschluß in Form eines Anschnitt-Triacs 20 ist in der vorbeschriebenen Weise parallel zum Blindstromelement Η geschaltet. Ebenfalls prallel zum Blindstromelement 14 ist eine !Dämpfungsschaltung, bestehend aus Kondensator 32 und Reihenwiderstand 30, geschaltet. Eine Steuerung wird durch eine optisch isolierte Steuereinrichtung, in Fig. 2 durch eine gemeinsam umschlossene lichtemittierende Diode 116 und einen nicht gesteuerten Phototriac 118 dargestellt, erzeugt. Biese Art der Einkapselung eines lichtgesteuerten Elementes und eines liohtproduzierenden Steuerelementes wird oft als "optische Kupplung" bezeichnet. Der Phototriac 118 ist mit dem Gitter des Triacs 20 verbunden. Obwohl das, in der Fig. 2 gezeigte optisch isolierte Steuerglied einen Phototriac 118 als Steuerglied enthält, kann das Steuerglied auch eine Phototransistor 120, wie in der Fig. gezeigt, ein Photo SCR, wie in der Fig. 4, oder andere auf Lichtemission reagierende Glieder, wie z.B. eine Photodiode oder ein

Photo-FET, sein. Für den vorliegenden Zweck werden derartige

Elemente im allgemeinen manchmal als Photosteuerelemente bezeichnet.

- 16 -

030007/0656

Es wird angemerkt, daß Photodioden, Phototransistor und Photo FET zum Typ der nicht sperrenden Photosteuerelemente gehören und Photo SCR und Phototriac zum sperrenden Typ gehören. Bei der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch beide Typen verwendbar. Wenn man beispielsweise von der Wirkung eines nicht sperrendes Typ ausgeht, ist das Photosteuerelement nur so lange leitend, wie der Empfänger LED aktiviert ist. Deshalb wird an den Triac 20 nur für die Zeitdauer, in der der LED leitend ist, ein Gittersignal angelegt. Da der Triac 20 ein sperrender Halbleitertyp ist, bleibt er leitend, bis eine natürliche Stromumwandlung erfolgt.

Beim sperrenden Typ eines Photosteuerelements bleibt das Photosteuerelement selbst leitend bis eine natürliche Stromumwandlung erfolgt. Diese natürliche Stromumwandlung erfolgt vor der natürlichen Stromumwandlung des Triacs, da die Zenerdioden einen Betrieb nur innerhalb eines brauchbaren Gitter-Trigger-Zeitraumes, wie in Fig. 14 dargestellt, sicherstellen. Hierbei würde an den Triac 20 ein Gittersignal für eine längere Zeitdauer, als mit einem nicht sperrenden Typ eineβ Photosteuerelemente angelegt werden. Da aber der Triac 20 ein sperrender Halbleitertyp ist, unterscheidet sich seine Funktion nicht von der Funktion der Steuerelemente, die mit seinem Gitter verbunden sind.

- 17 -

(130007/0631

• 36.

Weil durch einen Transistor oder SCR der Strom in erster Linie in einer Richtung fließt und ausgehend davon, daß ein übliches Wechselstromsignal angelegt ist, wird in der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 das Gittersignal in der Wechselstromhalbwelle angelegt, die für den Triac 20 ausreicht, um auf beide Halbwellen des an seinen Hauptklemmen angelegten Wechselstrom zu reagieren. Wenn als Photosteuerelement ein Fhototriac verwendet wird, wird in jeder Halbwelle ein Steuersignal angelegt. Es ist ersichtlich, daß, falls gewünscht, eine Inversionsschaltung, die mit einem Phototransistor oder Photo-SCR parallel zu einem zweiten Phototransistor oder Photo-SCR arbeitet, eine Gatesteuerung in jeder Halbwelle erzeugen würde. Falls erwünscht,

könnte gleichermaßen eine Brücke mit einem Phototransistor oder Photo SCR verwendet werden, um in jeder Halbwelle eine Gatesteuerung zu erzeugen.

Eine der Hauptklemmen des Phototriacs 118 ist mit dem Gate des Triacs 20 verbunden und die andere Klemme ist.mit dem Widerstand 122 verbunden. Der Wideretand 122 ist über den Niederspannungsabgriff 124 der Transformatorwicklung 114» die mit dem Gitterwiderstand 126 zur Spannungsteilung verbunden ist, mit niedriger Spannung versorgt.

Der Filterkondensator 128 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 122 und 126 und einem Rückkehr-Niederspannungsabgriff 130 der Transformatorwioklung 114 verbunden, der gleich-

- 18 -

030007/0656

zeitig Verbindungspunkt für die Rückkehrseite des Blindstromelementes 14 des Vorschaltgerätes ist. Der Filter verhindert, daß unerwünscht hohe Frequenzen an die optisch isolierte Triae-Steuereinriehtung 118 angelegt werden.

Die Zuführungen der Diode Ho im optischen Kuppler sind so geschältet, daß sie über den strombegrenzenden Reihenwiderstand 117 angelegte, -eingerichtete Impulse aufnehmen können. Dieser Widerstand ist in einem der beiden Leitungskabel angeordnet und in allen vorliegenden Ausführungsformen, nicht nur in der, gemäß der Fig. 2, vorgesehen. Es wird angemerkt, daß die Zeitdauer des an die Diode II6 angelegten Impulses die Zeitdauer, in der die Diode II6 Licht emittiert und damit die Zeit der Durchlässigkeit des Phototriacs 118 bestimmt. D.h., wenn an die Diode II6 Impulse angelegt sind, leitet Phototriac 118. Wenn an die Diode II6 keine Impulse angelegt sind, bleibt Phototriac 118 nicht leitend. Soweit es sich um einen sperrenden Typ des Photosteuerelementes handelt, ist es für einen derartigen Betrieb des Phototriacs notwendig, eine Zehnerdiode hierzu in Reihe zu schalten, so daß der Triac, nachdem er einmal leitend geworden ist, nicht leitend bleibt, wenn an der Diode 116 keine Gitterimpulse mehr anliegen. Alternativ verwendbare Photosteuerelemente wie z.B. ein Phototransistor, eine Photodiode und ein Photo-FET funktionieren jedoch ohne eine derartige Zenerdiode in ähnlicher Weise, da sie nicht sperrende Elemente sind. Eine

- 19 -

030007/0656

Zehnerdiode 121 sollte bei allen Ausführungsformen verwendet werden, wenn das Photosteuerelement vom sperrenden Typ ist.

Je länger die Zeit der Durchlässigkeit für den Phototriac 118 ist, um so länger ist die am Gitter des Triacs 20 angelegte Triggerspannung, und um so länger ist daher auch die Zeitdauer des Stromnebenschlusses des Blindstromelementes 14 über eine gegebene Zeitspanne. Es sollte angemerkt werden, daß die Impulsgabe an die Diode 116 völlig unabhängig von der Periodendauer des Stromes der Wechselstrom-Verteilerleitung ist, wie im nachfolgenden noch weiter dargelegt wird.

Fig. 4 zeigt wie unter Fig. 2 einen Schaltkreis, bei dem die Spannung für den Photo SCH vom Transformator 114 abgenommen ist. Die Abgriffe 241 und 243 ober- und unterhalb dem Mittelabgriff 242, der ein typischer 18-Volt-Abgriff sein kann, sind jedoch entsprechend mit den Dioden 245 und 247 verbunden. Die Kathoden dieser beiden Dioden sind miteinander verbunden und über den strombegrenzenden Wideretand 249 mit dem Photo SCH verbunden. Der Ausgang des Photo SCH ist mit der Zenerdiode 121 und dann mit dem Gitter des Triaos 20 verbunden. Widerstand 25t sperrt die Leckströme. Die Dioden 245 und 247 bewirken eine Vollweggleichrichtung, um in jeder Halbwelle durch den Photo SCH 240 einen Impuls zu errichten, und damit in jeder Halbwelle an den Triac 20 ein Gittersignal anlegen zu können. Ein gleichartiger Betrieb

- 20 -

030007/0656

788T 59·

ist auch für den Betrieb eines Phototransistors oder eines Photo FET anwendbar. Eine derartige Impulsgabe kann anstatt der Dioden 245 und 247 auch durch einen Niederspannungstransformator erfolgen, der mit einer Doppelweggleichrichterbrücke verbunden ist.

In der Fig. 5 ist ein anderes Triac-Modul dargestellt. Wie bei der, unter Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, ist die Lampe 10 mit dem Vorschaltgerät, bestehend aus einem induktiven Blindstromelement 12, welches im Betrieb nicht nebengeschlossen ist, und einem induktiven Blindstromelement 14· welches im Betrieb nebengeschlossen ist, in Reihe geschaltet. Der Anschnitt-Triac 20 ist wiederum mit seinen Hauptklemmen parallel zum Element 14 geschaltet und die Dämpfungssohaltung,

und
bestehend aus Kondensator 32/ Reihenwiderstand 30 ist parallel zu den Hauptklemmen des Triaos 20 geschaltet. Der umschlossene Phototriac 118 bildet einen Steuerteil und die lichtemittierende Diode 116 bildet einen Empfängerteil für externen Triggerbetrieb, und sind so geschaltet, daß der Phototriac 118 das Gitter des Triacs 20 schaltet und die Diode 116 externe Impulse aufnimmt.

Ein Niederspannungsabgriff am Blindstromelement 12 ist mit dem Widerstand 31 verbunden, der seinerseits mit dem Reihenwideretand 33 verbunden ist. Der Widerstand 33 ist mit dem Phototriac 118 verbunden. Der Kondensator 35 ist zwischen der Verbindungsstelle von Widerstand 31 und 33 und der Verbindungsstelle zwischen den Blindstromelementen 12 und 14 als Speicherelement

angeordnet, dessen Ladung zur Steuerung des Gitters des Triacs 20 verwendet wird, wenn der Phototriac 118 leitend wird. Dies zielt darauf ab, die Phasenuneinpfindlichkeit sicherzustellen. Funktionsmäßig wird der Schaltkreis genauso wie der, unter der Fig. 2 beschriebene, mit Ausnahme, daß der Niederspannungs-Wechseletromabgriff am Blindstromelement 12 einen Steuerstrom für den Phototriac 118 erzeugt. Wie durch die gestrichelte Linie 13 in Fig. 5 angezeigt, kann die Verbindung zum Widerstand 31 anstatt über den Abgriff am Blindstromelement auch direkt zur Lampe erfolgen.

In der Fig. 6 ist ein anderer Schaltkreis als der in der Fig. 5 dargestellt gezeigt. In diesem Fall sind alle Teile die gleichen, mit Ausnahme der Vorschaltgeräteigenschaften. Anstatt zwei in Reihe geschalteten induktiven Komponenten ist ein lose verkuppelter Ballasttransformator 15 angeordnet. Die Primärwicklung des Ballasttransformators 15 ist in Reihe mit der Lampe 10 geschaltet und die Wechselstromeingangsklemmen sind an die Reihenschaltung von Lampe 10 und Primärwicklung angelegt. Die Sekundärwicklung des Ballasttransformators 13 ist mit dem Ende der Primärwicklung, welches nicht mit der Lampe 10 verbunden ist, verbunden. Der Triac 20 ist parallel zur Sekundärwicklung geschaltet. Ein Niederspannungsabgriff an der Primärwioklung ist mit dem Widerstand 31 verbunden.

- 22 -

030007/0656

291788T 34·

Funktionsmäßig ist der Schaltkreis mit dem unter . 5 gezeigten Schaltkreis identisch. D.h. zwei in Reihe geschaltete induktive Elemente, wie in der Fig. 5 gezeigt, entsprechen einem lose verkuppelten Ballasttransformator der gemäß der Fig. 6 geschaltet ist. Es ist weiterhin er-

die

sichtlich, daß zwei induktive Elemente,/nicht lose verkuppelt sind aber in der gemäß der Fig. 6 gezeigten Weise wie der Ballasttransformator geschaltet sind, in ähnlicher Weise funktionieren würden. Weiterhin ist_r obwohl die entsprechende Funktionsweise in Bezug auf die Schaltkreise der Fig. 6 und 5 erörtert ist, es ersichtlich, daß die lose verkuppelte Ballasttransformatorschaltung und die Schaltung mit den parallelen induktiven Elementen den seriengeschalteten induktiven Elementen in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entspre-&en und die Serienschaltung somit als Beispiel und nicht als Einschränkung anzusehen ist.

Fig. 7 zeigt eine alternative Ausftihrungsform für die Schaltung eines Dimmerschaltkreises mit einer optischen Kupplung und einer Wechselstromverteilerleitung. In diesem Fall ist keine 7erbindung von Transformator und Wechselstromverteilerleitung, wie in Fig. 2, vorgesehen, sondern statt dessen eine Kondensator-Teil er schaltung mit den Kondensatoren 132 und 134 vorgesehen. Die am Kondensator 132 anliegende Steuerspannung mit niedriger Leistung und Spannung ist an dem Phototriac 118 über den Gitter-

- 23 -

030007/0656

widerstand 13^ angelegt. Da ferner kein Transformator vorhanden ist, ist weder das Blindstromelement t2 noch das Element 14 eine Sekundärwicklung für irgendeinen Transformator. Bei dieser Ausführungsform wird der Wechselstrom an die Reihenschaltung bestehend aus den Elementen 12 und 14 und der Lampe 10 angelegt. Die Betriebsweise ist mit der, unter Fig. 2 beschriebenen, identisch.

Die Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Triac-Moduls ähnlich dem oben beschriebenen; wobei jedoch der Kondensator in der Dämpfungsschaltung ein Teil mit der Kondensatorteilerschaltung ist. In diesem Fall ist die Dämpfungskombination aus Kondensator 138 und Widerstand I40 zwischen der Hauptklemme des Triacs 20 und der Spannungseingangsklemme 142 des Phototriacs 118 angeordnet. Der Punkt 142 ist mit dem Kondensator 144 verbunden, dem anderen Teil der Kondensatorteilerschaltung, die mit der Wechselstromverteilerleitung verbunden ist, damit am Kondensator 144 eine niedrige Spannung mit niedriger Leistung anliegt. Der Gitterwiderstand 146 ist in der Leitung, die die Spannungseingangsklemme mit dem Gitter des Triacs 20, im vOrliegenden Fall zwischen dem Phototriac 118 und dem Triac 20, angeordnet.

Der Schaltkreis der Fig. 8 unterscheidet sich in seiner Funktionsweise ein wenig von der, der Schaltkreise gemäß den Fig. 2 und 7, in_dem jede Halbwelle der angelegten Wechselspannung eine kleine Phasenverschiebung aufweist, um die Ent-

- 24 -

030007/0656

Wicklung oder den Aufbau einer Spannung an der Dämpfungsschaltung, insbesondere dem Kondensator 138, zu ermöglichen.

Die Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, die sehr ähnlich der unter Fig. 2 gezeigten, ist, bei der aber der Transformatorbetrieb nicht dazu dient, an die Blindstromelemente 12 und 14 und die Lampe 10 eine Wechselspannung anzulegen. Hier ist parallel zur Wechselstromverteilerleitung ein Transformator 148 angeordnet, dessen Sekundärwicklung 150 zur Erzeugung einer Niederspannung dient, die an den Gitterwiderstand 136 und den Phototriac 118 angelegt werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Zusatzechaltung, die an die lichtemittierende Diode 116 für impulsformende Zwecke angeschlossen werden kann. Im vorhergehenden wurde davon ausgegangen, daß die an die Diode 116 angelegten Impulse gleiohförmig oder unipolar sind. D.h., wenn die Impulse an die Smpfängerdiode 116 angelegt werden, um eine Durchlässigkeit zu bewirken, wird der Leistungssteuerungsteil eingeschaltet. Wenn die angelegten Impulse bipolar oder abwechselnd positiv und negativ sind, dann wird die Diode 116 nur dann eingeschaltet, wenn die Impulse eine Polarität aufweisen, die eine Durchlässigkeit der Diode 116 bewirken. Um das bipolare Signal in ein unipolares Signal umzuwandeln, ist eine Brücke 152 angeordnet,

- 25 -

030007/0656

die üblicherweise aus einem Ring aus vier Dioden besteht, wobei der Eingang der Brücke über zwei einander gegenüberliegende Ecken und der Ausgang über die anderen beiden einander gegenüberliegenden Ecken erfolgt. Der in Seihe zur Diode 116 angeordnete Widerstand 156 bewirkt eine Strombegrenzung für die an die Diode 116 anzulegenden Impulse. Bei vielen Anordnungen ist Widerstand 154 nicht notwendig und in erster Linie, wie allgemein bekannt, zur Kompensation von Lecketrömen vorgesehen.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, aber mit einer anderen, den Steuerteil der optischen Kupplung umfassenden Schaltung. In diesem Schaltkreis ist ähnlich wie in Fig. 2 die Primärwicklung 114 des Ballasttransformators parallel zur hereinkommenden Wechselβtromverteilerleitung angeordnet und hat einen normalen Ballastabgriff 130, der mit dem Blindstromelement 14 und einen Abgriff 124 der mit einer Brücke 158 verbunden ist, die ihrerseits mit dem Steuerteil der optischen Kupplung verbunden ist. Hierbei wird davonausgegangen, daß der Steuerteil ein Fhototransistor ist, der in einer Vorzugsrichtung leitend ist. Eingang und Ausgang der Brücke 158 sind so geschaltet, daß zwei, Kathode an Kathode liegende Dioden I60 und 162 die Durchlässigkeit in einer Richtung sperren und zwei, Anode an Anode liegende Dioden 164 und 166 die Durchlässigkeit in der anderen Richtung sperren.

- 26 -

030007/0656

291788t •35·

Die vom Abgriff 124 angelegten positiven Halbwellen bewirken eine Durchlässigkeit im Phototransistor und damit ein Leitendwerden der Dioden 16O und 166. Ähnlich bewirken die vom Abgriff 124 angelegten negativen Halbwellen eine Durchlässigkeit der Dioden 162 und I64 und des Phototransistors. Die daraus resultierenden kontinuierlichen Signale werden über den Gitterwiderstand 168 an das Gitter des Triacs 20 angelegt. In der Fig. 12 ist eine Zenerdiode I70 in Reihe zum Phototransistor der Ausführungsform gemäß der Fig. 11 geschaltet, so daß nur Spannungen unter einem gewissen oder vorbestimmten Wert eine Durchlässigkeit des Triacs bewirken, wodurch eine Einrichtung zur genaueren Steuerung der Gitterschaltung am Triac 2o erzeugt wird. Andererseits ist die Funktionsweise der Schaltung identisch mit der in der Fig. 11 gezeigten Schaltung.

Es soll weiter angemerkt werden, daß die in der Fig. 10 gezeigte Brückenschaltung,die in Bezug auf eine Empfängerdiode 116 geschaltet ist und die Brückenschaltung gemäß der Fig. 11 und 12, die in Bezug auf ein Fhotosteuerelement geschaltet ist, beide im gleichen Schaltkreis verwendet werden, können.

Bei allen Schaltkreisen gemäß den Fig. 2 bis 12 ist die Spannung der Wecheelstromleitung so geschaltet, daß sie die Lampe speiet und auch zur Erzeugung des Stromes, der durch die Photosteuerung der optischen Kupplung geht, dient und damit der Strom zur Gittersteuerung der Anschnitt-Nebenschlußschal-

- 27 -

030007/0656

tung ist. Deshalb kann die Impulsgabe der lichtemittierenden Diode 116 so lange völlig unabhängig von der Schwingung in der Wechselstrom-Verteilerleitung sein, als sie innerhalb erlaubter Grenzen des Betriebszeiten liegt (wie in der Pig. 14 gezeigt). Daher ist das Nebenschließen der Wicklung 14 nicht unabhängig von dem Strom der an die Lampe angelegt ist. Der an die Lampe angelegte Strom ist weiterhin in der gleichen Weise steuerbar, wie anhand der Fig. 2, 2a, 2b und 3 der US-PS 3 894 265, beschrieben.

Wenn die, an die Empfängerdiode 116 der optischen Kupplung angelegten Eingangs- oder Gitterimpulse nur innerhalb der üblichen Gittertriggerzeitabstände (Fig. 14) angelegt werden, dann werden Zenerdioden 172 und 174 nicht benötigt. Um jedoch sicherzustellen, daß das Gittersignal an den Anschnitt-Triac 20 in den Fig.

2 bis 12 nicht zu sehr vor- oder nachläuft, ist es möglich, zwei Zenerdioden, wie beispielsweise Zehnerdiode 172 und 174 in Fig. 13 in Reihe zum Gitter des Triacs zu schalten. In der Fig. 13 sind diese Zenerdioden Kathode gegen Kathode geschaltet, obwohl eine Anoden- gegen Anodenschaltung hierfür gleich geeignet ist.

Reihenwiderstand 176 begrenzt den Gitterstrom und die anzulegende niedere Spannung wird an die Klemme 178 angelegt. Fig. 14 zeigt den brauchbaren Gitterspannungsbereich, der ungefähr 60° weniger als die ganze Halbwelle der angelegten Spannung betragen

- 28 -

030007/0656

• 3?·

soll, wobei der brauchbare Bereich der angelegten Spannung sein soll. Der Bereich ist in der TJS-PS 3 894 265 bestimmt und beschrieben. Eine Diodenbrücke ähnlich der in Fig. 12 gezeigten, ist mit einer einzigen Zenerdiode versehen und kann anstatt der gezeigten zwei Zenerdioden verwendet werden.

Fig. 15 zeigt einen Schaltkreis, der in Bezug auf die an die Empfängerdiode der optischen Kupplung angelegten Impulse mit höheren Frequenzen betrieben werden kann. In dieser Ausftihrungsform ist der Triac der optischen Kupplung mit dem Nieder-Spannungsabgriff der Transformatorwicklung 114 verbunden und die Wicklung 14 ist mit dem normalen Lastabgriff, wie in der Fig. gezeigt, verbunden. Die lichtemittierende Diode der optischen Kupplung ist jedoch mit der resonanzgesteuerten Schaltung, bestehend aus einer Spule 180 in Reihe zum Kondensator 182, die beide parallel zum Kondensator 184 liegen, verbunden. Ein strombegrenzender Widerstand 186 liegt zwischen der Verbindung von Spule 180 und Kondensator 182 und der Diode 188, die zum LED 116 zurückführt, über Hochspannungskupplungskondensator I90 wird die Leistung der hohen Seite der hereinkommenden Verteilerleitung zugeführt. Die Verbindung der Kathode der Diode II6 mit der niederen oder gemeinsamen Seite der hereinkommenden Wechselstromverteilerleitung vervollständigt die Betriebsschaltung. Die Anode der Diode 187 ist mit der Kathode der Diode II6 verbunden und die Kathode der Diode 187 ist mit der Verbindung zwisehen Widerstand 186 und Diode 188 verbunden, um die sonst am

- 29 -

030007/0656

Kondensator 184 entstehenden hohen Spannungen anzuzapfen.

Der Hochfrequenzeingang für die LED der optischen Kupplung vird in Entladungsstoßen oder Spitzen, die die gleiche Funktion wie die direkt an die LED in den anderen Ausführungsformen angelegten Impulse haten, in die Wechselstromverteiler leitung eingeleitet. Die Hochfrequenzsignale werden durch die zeitgesteuerte Resonanzschaltung detektiert, um ein Hüllkurvensiganl zu erzeugen, welches in geeignete unipolare Impulse, die an die LED angelegt werden, gleichgerichtet wird. Hochfrequente Streusignale, die nicht der vorbestimmten Hochfrequenz, für die der Schaltkreis ausgelegt ist, entsprechen, werden auegefiltert und ergeben keine Impulse zur Ansteuerung der Diode 116.

Fig. 16 zeigt einen serienabgestimmten Resonanzkreis bestehend aus Spule 192, Kondensator 194 und Kondensator I96, wobei die Schaltung von Widerstand 186 und Diode 188 zwischen den Kondensatoren abgeht. Die Diode 187 liegt zwischen der Diode 116 und der Verbindung zwischen dem Widerstand 186 und der Diode 188. Der Schaltkreis funktioniert in ähnlioher Weise wie der Schaltkreis gemäß der Fig. 15.

Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Abstimmschaltkreises, der in Verbindung mit einem optisch gekuppelten Dimmer zu verwenden ist. Bei dieser Ausführungeform ist die

- 30 -

030007/0656

Spannung der Wechselstromleitung über Kupplungskondensator 200 an den Transformator 202 angelegt, dessen Sekundärwicklung durch einen parallel zur Sekundärwicklung liegenden Kondensator 204 abgestimmt ist. Ein Schalter 206 ist mit einem der Kondensatoren 208, 210, 212 und 214 zu verbinden, so daß wenn einer dieser Kondensatoren durch den Schalter eingeschaltet ist, die ganze Zeitsteuerkombination auf die gewählte Frequenz abgestimmt ist, die durch den eingeschalteten Kondensator bestimmt ist. Der Ausgang des Ab-Stimmschaltkreises und ein Niederspannungsabgriff sind mit einer Brücke verbunden, die in Reihe mit einer impulsformenden Brücke 214 geschaltet ist, die ihrerseits mit der LED 116 der optischen Kupplung über einen Belastungswiderstand 216 verbunden ist.

Im Betrieb des Schaltkreises gemäß der Fig. 17 wirkt

ein Dimmerschaltkreis mit einer ersten Lampe zusammen, der auf eine gewählte erste Frequenz durch Einstellen dee Sohalters 206 auf eine erste Position abgestimmt werden kann) ein Dimmerschaltkreis wirkt mit einer zweiten Lampe zusammen, der auf eine gewählte zweite Frequenz durch Einstellen des Schalters 206 auf eine zweite Position abgestimmt werden kann, usw.. Die in die Wechselstromverteilerleitung eingeleiteten Hochfrequenzsignale können für Dimmerzwecke verwendet werden. D.h. ein Halbwellensignal der ersten Frequenz würde so detek-

- 31 -

030007/0656

tiert werden, daß es ein Dimmern der ersten Lampe bewirken würde, aber keine Auswirkung auf die zweite Lampe haben würde. Entsprechend würde ein Signal der zweiten Frequenz auf den Schaltkreis der zweiten Lampe, aber nicht auf den der ersten, einwirken. Wenn ein Dimmern der ersten und zweiten Lampe gewünscht ist, könnten beide Frequenzen eingeleitet werden. Natürlich könnte verschiedenes Dimmern auch durch Frequenzunterschiede bei Spitzensignalen mit einer ersten Hochfrequenz und Spitzen- oder Impulssignale mit einer zweiten Hochfrequenz erzielt werden. Zusätzliche Lampenschaltkreise könnten wie gewünscht, ähnlich ausgewählt für Dimmerbetrieb programmiert sein. Schließlich könnten zwei Lampen, falls gewünscht, identisch betrieben werden, indem, wie oben beschrieben, ihre Dimmersteuerkomponenten identisch eingestellt werden.

Obwohl ein Verfahren zum Abstimmen der Abstimmschaltkreise in der Fig. 17 dargestellt ist, gibt es für den Durchschnittsfachmann viele andere Wege, um dieses Ziel zu erreichen.

Es ist davon auszugehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten besonderen Ausführungeformen begrenzt ist, da viele Modifikationen bekannt und denkbar sind. Beispielsweise ist der, in der Fig. 15 bis 17 beschriebene Abstimmschaltkreis mit der Wechselstrom-Verteilerleitung verbunden, um die, dieser

.030007/0856

eingeleiteten Hochfrequenzimpulssignale aufnehmen zu können. Durch eine derartige Schaltung wird eine ökonomische Verdrahtung erzielt, da die Anzahl der Leitungen des Schaltkreises vermindert werden kann; es istf jedoch selbstverständlich, daß die Hochfrequenzsignale auch separat an die Empfängerschaltung der optischen Kupplung angelegt werden können und nicht der Wechselstrom-Verteilerleitung eingeleitet werden müssen.

Weiterhin zeigen die Ausführungsformen wenigstens eine teilperiodische niedrige Wechselspannung, die an den Steuerteil der optischen Kupplung zur Gitterschaltung des Haupttriacs 20 angelegt wird. Jedes geeignete Gittersignal zur Gitterschaltung des Triacs 20 kann angelegt werden, wenn es in Bezug auf die Steuerschaltung der optischen Kupplung funktioniert. Beispielsweise funktioniert eine gepulste Gleichspannung sehr gut bei einem Photo SCR. Sogar eine flache Gleichspannung ist bei einem Phototransistor oder Photo-FET zufriedenstellend.

Falls es gewünscht ist, den üblichen Wechselstrom immer in ein gepulstes Gleichstromsignal zur Gitterschaltung des Triacs umzuwandeln, kann entweder eine Brückenschaltung, die mit dem Photosteuerelement der optischen Kupplung verbunden ist, verwendet werden oder es können zwei optische Kupplungen verwendet werden, die für den Betrieb mit abwechselnden Halbwellen gepolt sind. An die Empfängerdiode 116 der optischen Kupplung angelegter

- 33 -

Vollwellen-Wechselstrom oder kontinuierlicher Gleichstrom bewirken einen kontinuierlichen Nebenschlußbetrieb und damit einen Betrieb mit voller Helligkeit.

- 34 -

030007/0656

Leerseite

Claims

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER

Esquire, Inc.,

488 Madison Avenue, New York,

New York 10022 / V.St.A.

Lichtgekoppelter Dimmer-Schaltkreis für Hochleistungs-Gasentladungslampen

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN DIPL.-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL.-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN* DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM

EUROPÄISCHEN PATENTAMT * ZUGL. OFF. BEST. U. VEREID. DOLMETSCHER

8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05 spez

MÜNCHEN A 08

2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE TEL. (040)41020 TELEX 21 29 21 spez

Patentansprüche

Dimmer-Schaltkreis zur Helligkeitssteuerung einer Hochleistungs-Gasentladungslampe , gekennzeichnet durch ein mit der Lampe (1O) verbundenes, über eine Wechselstrom-Verteilerleitung gespeistes Vorschaltgerät (12, I4) bestehend aus 5 einem Blindstromelement (I4), einer steuerbaren Nebenschlußschaltung zur Erzeugung eines wenigstens teilweisen Stromnebenschlusses zum Blindstromelement (I4), einer, mit der steuerbaren Nebenschlußschaltung (20) verbundenen optisch isolierten Steuer- oder Treibereinrichtung, bestehend aus einem Steuerteil, das so geschaltet ist, daß es 10 eine niedere Spannung zur Steuerung der Anschnitt-Nebenschlußschaltung (20)

03OOQ?VO8Se

BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030 448 (BLZ 200 800 00) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 ■ TELEGRAMM: SPECHTZIES

empfängt, und einem Empfängerteil, der extern angelegte Impulse aufnehmen kann, um den Steuerteil bei Anwesenheit derartiger Impulse optisch einzuschalten.
2. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch g e -

kennzeichnet, daß das Steuerteil ein nicht sperrendes Photosteuerelement ist, welches nichtleitend wird, wenn am Empfängerteil keine Impulse anliegen.
3. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die niedrige Steuerspannung, die am Steuerteil der optisch isolierten Steuerung angelegt ist, wenigstens eine teilweise Wechselspannung in Phaee zur Wechselspannung der Wechselstromverteilerleitung ist.
4. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch g e kennzeichn et, daß die niedrige Steuerspannung eine gepulste Gleichspannung ist.
5. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß mit der Wechselstromverteilerleitung ein Spannungstransformator (114) verbunden ist, dessen Niederspannungsabgriff (124) mit dem Steuerteil (118) der optisch isolierten Steuereinrichtung verbunden ist.

030007/0656
6. Dimmerschaltkreis nach. Ansprach 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das Vorschaltgerät ein nebenschlußfreies Reaktanzelement (12) aufweist, mit dem der Steuerteil (118) der optisch isolierten Steuerung verbunden ist.
7· Dimmerschaltkreis nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die optisch isolierte Steuereinrichtung mit einem Niederspannungsabgriff des nebenschlußfreien Reaktanzelementes (12) verbunden ist.
8. Bimmerschaltkreis nach Anspruch 6 , dadurch g e kennzeichnet, daß das Reaktanzelement (12) mit der Lampe (1O) verbunden ist und deren Verbindungspunkt mit der optisch isolierten Steuereinrichtung verbunden ist.
9. Bimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das Vorschaltgerät einen lose gekoppelten Lasttransformator (15) aufweist.
10. Bimmerschaltkreis nach Anspruch $ , dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerungsteil (118) der optisch isolierten Steuereinrichtung mit einem Niederspannungsabgriff der Primärwioklung des Lasttransfo rmators (15) ver- bunden ist.

030007/0656

2917801
11. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß in der Weehselstromverteilerleitung ein Spannungstraneformator (148) angeordnet ist, mit dessen Sekundärwicklung (15Ο) der Steuerteil (118) der optisch isolierten Steuereinrichtung verbunden ist.
12. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das Vorschaltgerät eine Sekundärwicklung eines Transformators (II4) umfaßt, dessen Primärwicklung mit dem Steuerungsteil (118) der optisch isolierten Steuereinrichtung und der Lampe (1O) verbunden ist.
13· Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Nebenschlußschaltung einen Gate-steuerbaren Triac (20) aufweist.
14· Dimmerechaltkreie nach Anspruch 1 , dadurch g e kennzeichnet, daß der Steuerteil der optisch isolierten Steuerung einen Phototriac (11 θ) aufweist.
15. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerungsteil der optisch isolierten Steuerung einen Phototransistors aufweist.

030007/0656
16. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerteil der optisch isolierten Steuerung einen Photo-SCR aufweist.
17· Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch g e kennzeichnet, daß der Steuerteil der optisch isolierten Steuerung einen Photo-PET aufweist.
18. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die angelegten Impulse unipolar sind und daß der Empfängerteil der optisch isolierten Steuereinrichtung eine lichtemittierende Diode (116) aufweist.
19· Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mit der Wechselstromverteilerleitung eine Kondensator-Teiler-Schaltung verbunden ist, mit deren Verbindungspunkt der Steuerteil (118) der optisch isolierten Steuereinrichtung verbunden ist, um die niedere Wechselspannung zu erzeugen.
20. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß in der Anschnitt-Nebenschlußschaltung eine Dämpfungsschaltung angeordnet ist.

030007/06Si

2S17881
21. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 20 , dadurch gekennzeichnet , daß die Dämpfungsschaltung einen Kondensator (32) aufweist.
22. Dimmerechaltkreis nach Anspruch 20 , dadurch g e kennzeichnet, daß ein anderer Kondensator (144) vorgesehen ist, der mit dem ersten Kondensator (138) eine Kondensator-Teilerschaltung bildet, die mit der Wechselstromverteilerleitung verbunden ist, wobei der Steuerteil (118) der optisch isolierten Steuereinrichtung mit dem Verbindungspunkt der Kondensator-Teilerschaltung verbunden ist, um die niedrige Wechselspannung zu erzeugen.
23. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Empfängerteil (116) der optisch isolierten Steuereinrichtung ein Wechselstrom-Gleichstromwandler (152) ist, um die erhaltenen, bipolaren Impulse in unipolare Impulse zu wandeln.
24. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 23 , dadurch gekennzeichnet , daß der Wechselstrom-Gleichstromwandler eine Brücke (I60, 162, 164, I66) aufweist.
25. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die optisch isolierte Steuereinrichtung einen zweiseitigen Steuerteil aufweist, um die Wirkung der angelegten Wechselstroms bei positiver und negativer Halbwelle sicherzustellen.

0 30007/0"6%B
26. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die optisch isolierte Steuereinrichtung einen unipolaren Steuerteil und eine, zu diesen parallel geschaltete Niederspannungsbrücke aufweist, um die Wirkung des angelegten Wechselstroms bei positiver und negativer Halbwelle sicherzustellen.
27. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 26 , dadurch gekennzeichnet , daß zum Steuerteil (118) der optisch isolierten Steuerung eine Zenerdiode in Reihe geschaltet ist, um sicherzustellen, daß nur ein Wechselstrom oberhalb eines vorbestimmten Betrages an die steuerbare Nebenschlußschaltung (20) angelegt wird.
28. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß zwei zueinander in Reihe und gegeneinander gepolte Zenerdioden (172 und 174) zum Steuerteil (118) in Reihe geschaltet sind, um die Wirkung der Anschnitt-Nebenschlußschaltung nur dann sicherzustellen, wenn die niedrige Wechselspannung innerhalb einem vorbestimmten Zeitbereich des Wechselstroms an das Vorschaltgerät angelegt wird.
29. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 1 , daduroh gekennzeichnet , daß der Empfängerteil (116) der optisch isolierten Steuerung «inen Abstimmschaltkreis auf-

0 30007/0856

■3·

weist, wobei die angelegten Impulse, wenn sie eine der Abstimmfrequenz des Abstimmkreises entsprechende Frequenz aufweisen, den Steuerteil optisch einschalten.
30. DimmerschaltkreiB nach Anspruch 29 , dadurch g e kennzeichnet, daß der Abstimmkreis parallel abgestimmt ist.
31. DimmerschaltkreiB nach Anspruch 29 , dadurch gekennzeichnet , daß der Abstimmkreis in Reihe abgestimmt ist.
32. Dimmerschaltkreis nach Anspruch 29 , dadurch gekennzeichnet , daß eine Diode vorgesehen ist, die sicherstellt, daß nur Impulse einer Polarität den Steuerteil (118) einschalten.

33· Diramerschaltkreis nach Anspruch 29 , dadurch g e kennzeichnet, daß Einrichtungen zum selektiven Abstimmen des Abstimmkreises für verschiedene Frequenzen vorgesehen sind.

34· Dimmerschaltkreis nach Anspruch 28 , dadurch gekennzeichnet , daß der selektive Abstimmkreis eine Mehrzahl von Kondensatoren (204, 206, 208, 210, 212) und einen Schalter (206) zum selektiven Verbinden der Kondensatoren aufweist, um die Abstimmung des Abstimmkreises zu verändern.