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DIFiERS0HÄLTU1G MIT ZEITVERHALTEN
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Zusatz zu Patent ..... (Patentanmeldung P 29 26 052.4) Die Erfindung
betrifft eine Dimmerschaltung nach dem Ober= begriff des Anspruchs 1 it einer solchen
Schaltung ist es möglich, die Helligkeit von Beleuchtungskörpern nach einer Zeitfunktion
mit ein= fachen Mitteln zu steuern. Die Schaltung eignet sich vor allem zur Steuerung
von Treppenhausbeleuchtungen. Diese werden dann nicht mehr abrupt abgeschaltet,
sondern ver= löschen langsam nach einer vorgegebenen Betriebszeit.
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Die in der Hauptanmeldung beschriebene Schaltung enthält zwei zueinander
komplementäre Regelschaltungen zur Einstellung des Ladestromes des Starterkondensators.
Eine der Regel= schaltungen dient dabei der Einstellung des positiven, die andere
der Einstellung des negativen Ladestromes während der entsprechenden Halbwellen
der Wechselspannung. Diese Doppelgleisigkeit der Regelung setzt den Einsatz von
Bau= elementen voraus, die wenigstens annähernd gleiche elektrische Werte aufweisen.
Ungleichheit der Bauelemente kann zu un= stetigem Verlöschungsverhalten einer mittels
der Dimmer= schaltung gesteuerten Lichtquelle führen, da die Ladezeiten des Starterkondensators
fiir positive und negative Aufladung unterschiedlich lang werden. Positiver und
negativer Anteil des über die zu steuernde Lichtquelle fließenden Wechsel stromes
werden dann unterschiedlich schnell zurückgeregelt und zu verschiedenen Zeitpunkten
abgeschaltet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Empfindlichkeit der in der Hauptanmeldung
beschriebenen Dimmerschaltung gegenüber exemplarbedingter Streuung der elektrischen
Werte der ver= wendeten Bauelemente zu beseitigen und damit ein zuverlässig stetiges
Verlöschungsverhalten der mit der Dimmerschaltung gesteuerten Lichtquellen zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 auf= geführten
Merkmale gelöst. Der Einsatz einer Gleichrichter-Brückenschaltung im Ladestromkreis
des Starterkondensators ermöglicht die Regelung des Ladestromes,unabhängig von seiner
Polarität,mittels eines einzigen, im Querzweig der Brücken= schaltung angeordneten
Transistors.
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Eine Reihe vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungs= gemäßen Dimmerschaltung
sind in den Unteransprüchen be= schrieben.
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So gestattet die im Anspruch 2 angegebene Ausgestaltung die Verwendung
eines wenig spannungsfesten und damit kosten= günstigen Transistortyps. Die in Anspruch
3 beschriebene Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß sie frei ist von Hystereseerscheinungen,
die ihre Ursache im Unterschied zwischen Durchlaßspannung und Sperrspannung des
verwendeten Diac haben und sich in unstetigem Verlöschungsverhalten einer mit der
Dimmerschaltung gesteuerten Lichtquelle äußern können. Eine in Anspruch 4 enthaltene
Ausgestaltung bewirkt einen zusätzlichen Schutz für die Schaltstrecke des verwendeten
Transistors.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 5 und
dient dem Schutz der Bauelemente im Ladestromkreis des Speicherkondensators. Eine
in Anspruch 6 beschriebene Weiter bildung ermöglicht eine Entkopplung der vorgegebenen
Betriebszeit
von der Dauer des Verlöschens einer mit der Dimmerschaltung gesteuerten Lichtquelle.
Auf eine lange Betriebszeit muß dann nicht zwangsläufig ein langer Ver= löschungsvorgang
folgen.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Dimmerschal= tung nach
der Erfindung ist in Anspruch 7 enthalten. Sie sieht einen Feldeffekttransistor
im Querzweig der Gleich= richter- Brückenschaltung vor. Durch Einsatz des Feldeffekt=
transistors kann bei gleicher vorgegebener Betriebszeit ein wesentlich kleinerer
Speicherkondensator eingesetzt werden als bei Verwendung eines gewöhnlichen Transistors.
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Eine in Anspruch 8 beschriebene Ausgestaltung der Dimmer= schaltung
nach Anspruch 7 soll einen zusätzlichen Schutz der Steuerstrecke des Feldeffekttransistors
vor Spannungs= spitzen bewirken. Die Ansprüche 9 und 10 beziehen sich auf eine zweistufige
Speicherschaltung zur Ansteuerung des Feldeffekttransistors, die eine Entkopplung
von vorgegebener Betriebszeit und Dauer des Verlöschungsvorgangs einer mit der Dimmerschaltung
nach Anspruch 7 gesteuerten Lichtquelle ermöglicht.
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Lit Hilfe dreier Figuren soll nun, anhand von Ausführungs= beispielen,
die Dimmerschaltung nach der Erfindung ausführ= lich beschrieben und ihre Funktion
erklärt werden.
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FIG 1 zeigt die Dimmerschaltung mit einem Transistor FIG 2 zeigt die
Dimmerschaltung mit Feldeffekttransistor FIG 3 zeigt die Dimmerschaltung mit Feldeffekttransistor
und zweistufiger Speicherschaltung.
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Fig 1 zeigt eine Dimmerschaltung nach der Erfindung zur Steuerung
eines Wechselstromverbrauchers V , der an einer Wechselspannungsquelle N , z.B.
dem Haushaltsstromnetz betrieben werden soll. Sie enthält, wie die in der Haupt=
anmeldung im Zusammenhang mit der dort dargestellten hig 2 beschriebene Schaltung,einen
Triac TR, einen Diac DI, einen Starterkondensator Ol sowie eine Spannungsbegrenzungsschal=
tung, bestehend aus einem Widerstand R4, zwei Dioden D3,D4 und zwei Z-Dioden Zl,Z2
, über die der Strom zur wechsel= weise positiven und negativen Aufladung des Starterkonden=
sators gegenüber einem Punkt Pl, der außer mit dem Starter= kondensator auch noch
mit einer Seite der Triac-Schaltstrecke, mit einer Seite der Wechselspannungsquelle
und mit den Z-Dioden der Spannungsbegrenzungsschaltung verbunden ist, der anderen
Seite der Wechselspannungsquelle entnommen wird.
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Diese Stromentnahme erfolgt hier jedoch nicht direkt, wie in der in
der Hauptanmeldung beschriebenen Schaltung, sondern über den Verbraucher V Anstelle
zweier komplementärer Transistoren enthält die in rig 1 dargestellte Schaltung eine
Gleichrichter- Brücken= schaltung, bestehend aus Dioden 08,D9,DlO,Dll , in deren
querzweig die Schalt strecke eines Transistors T3 angeordnet ist. Der Schaltstrecke
parallel liegt eine Z-Diode Z3 in Sperr= richtung zur Spannungsbegrenzung. Die Ansteuerung
des Tran= sistors erfolgt über einen Widerstand R5 , der die Steuer= elektrode des
Transistors mit einem einzi.gen Speicherkonden= sator C4 verbindet. Die Aufladung
des Speicherkondensators, deren Polarität sich nach dem verwendeten Transistortyp
richten muß, geschieht mittels einer Ladeschaltung, bestehend aus einer Diode D7
und einem Strombegrenzungswiderstand R3 .
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Zur Aufladung des Speicherkondensators gegenüber dem Emitter= anschluß
des Transistors kann die Ladeschaltung mittels eines Schalters S mit einer Seite
der Wechselspannungsquelle ver= bunden werden.
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Die Funktion der Schaltung nach Fig 1 unterscheidet sich von der Funktion
der in der Hauptanmeldullg beschriebenen Schaltung vor allem darin, daß positive
und negative Lade= ströme für den Starterkondensator Ol hier von einem einzigen
Transistor T3 gesteuert werden, denn die Anordnung der Dioden D8. . Dll in der Briic!censchal-t;ung
bewirkt, daß jeder, von der Spannungsbegrenzungsschaltung zum Starterkondensator
fließende Strom, ganz gleich welcher Polarität, über die Schaltstrecke des Transistors
geleitet wird. Diese Schalt= strecke ist niederohmig solange der Speicherkondensator
C4 auf eine hohe Spannung aufgeladen ist und der über den Widerstand R5 fließende
Basisstrom ausreicht, um den Transistor durchzusteuern. Bei Absinken der Spannung
des Speicher= kondensators C4 nimmt der Basisstrom ab und läßt, wenn er einen bestimmten
Wert unterschreitet, die Schaltstrecke des Transistors langsam hochohmig werden.
Die Aufladung des Starterkondensators Cl verzögert sich dadurch. Die Sperr= spannung
des Diac wird später erreicht und der Fhasenan= schnittszeitpunkt, zu dem der Triac
durchschaltet, verschiebt sich langsam zum Ende der Wechselstrom-lalbvjellen hin,
bis es schließlich iiberhaupt nicht mehr zum Durchschalten des Triac kommt.
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Der zur Aufladung des Speicherkondensators C4 erforderliche Ladestrom
kann, da der Speicherkondensator nicht, wie bei der in der Hauptanmeldung beschriebenen
Schaltung,einseitig direkt mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist, nicht mehr
direkt zur Wechselspannungsquelle N zurückfließen.
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Er fließt hier über die Diode D9 der Gleichrichter- Brücken schaltung,
den Diac und die Steuerstrecke des Triac zum anderen Anschluß der Wechselspannungsquelle
zurück. Dies beeinträchtigt die Funktion der Dimmerschaltung solange nicht, wie
der Strombegrenzungswiderstand R3 der Ladeschaltung so dimensioniert wird, daß der
maximal zulässige Stromwert fiir die im Ladestromkreis liegenden Bauelemente nicht
über= schritten wird.
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In Abwandlung des in der Fig 1 dargestellten Ausführungs= beispiels
kann auch eine direkte Verbindung zwischen Speicherkondensator und Wechselspannungsquelle
vorgesehen werden. Diese muß dann aber - z.B. durch einen zweiten Kontakt des Schalters
S - nach erfolgter Aufladung wieder unterbrochen werden.
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Die Funktion der Schaltung nach Fig 1 unterscheidet sich von der der
in der Hauptanmeldung beschriebenen Dimmer= schaltung auch noch dadurch, daß der
Ladestrom für den Starterkondensator C1, wie bereits erwähnt, nicht direkt, sondern
über den Verbraucher V der Wechselspannungsquelle entnommen wird. Hierdurch wird
ein Nachladen des Starter= kondensators nach Durchschalten des Triac verhindert,
denn an der Spannungsbegrenzungsschaltung liegt dann nur noch eine sehr niedrige,
an der Schaltstrecke des Triac abfallende Spannung. Eine erneute Aufladung des Starterkondensators
während der nächsten Halbwelle der Wechselspannung erfolgt so immer von der Durchlaßspannung
des Diac und nicht von einem zwischen Durchlaßspannung und operrspannung gelegenen,
von Ladestrom und Ladezeit abhängigen Spannungsniveau aus.
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Dadurch werden hysteresebedingte Unstetigkeitserscheinungen, die sonst
gegen Ende des Verlöschungsvorgangs einer mit der Dimmerschaltung gesteuerten Lichtquelle
zu beobachten sind, vermieden.
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Fig 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dimmerschaltung
mit einem Feldeffekttransistor T4 (in diesem Fall vom n-Ksnal.Anreicherungstyp)
im Querzweig der Gleich= richter-Brüakenschaltung. Da der Widerstand der Schalt
strecke des Feldeffekttransistors durch eine am Gate-Anschluß an= liegende Spannung
gesteuert wird und über das Gate des Feld= effekttransistors praktisch kein Strom
fließt, erfolgt hier die Entladung des Speicherkondensators C4 über einen
parallelgeschalteten,
vorzugsweise einstellbaren Wider= stand R6. Zusätzlich ist der Steuerstrecke des
Feldeffekt= transistors eine Z-Diode Z4 in Sperrichtung parallelge= schaltet, um
sicherzustellen, daß die maximal zulässige Gate- Spannung nicht überschritten wird.
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Zur Entkopplung der vorgegebenen Betriebszeit von der Dauer des Verlöschungsvorgangs
einer zu steuernden Lichtquelle kann die erfindungsgemäße Schaltung entsprechend
einem in Fig 3 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel ausgebildet sein.
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Hier ist einem Feldeffekttransistor T5 eine zweistufige Speicherschaltung,
bestehend aus zwei Speicherkondensatoren C5, C6 , zwei Entladewiderständen R7,R8
und einer Z-Diode Z5, vorgeschaltet. Die Ladeschaltung für die Speicherkonden= satoren
ist hier doppelt vorhanden. Bei Betätigung des Schalters S wird der Speicherkondensator
C5 iiber eine Diode D13 und einen Strombegrenzungswiderstand R 10 auf die Sperrspannung
der Z-Diode Z5, der Speicherlçondensator C6 einer eine Diode D 12 und einen Strombegrenzungswiderstand
119 auf die Spitzenspannung der Wechselstromquelle, vermindert um die Sperrspannung
des Diac,aufgeladen.
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Nach Beendigung des Ladevorgangs der Speicherkondensatoren bleibt
die Spannung am Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors zunächst konstant, da der
über den Entladewiderstand R8 fließende Strom über den Entladewiderstand R7 dem
Speicher= kondensator C6 entnommen wird. Erst wenn die Spannung des Speicherkondensators
C6 so weit abgesunken ist, daß kein genügend hoher Strom mehr über den Entladewiderstand
R7 nachgeliefert werden kann, sinkt die Spannung am Speicher= kondensator C5 und
am Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors langsam bis auf null ab. Die Zeitdauer
des Entladevorgangs des Speicherkondensators C6 , die die vorgegebene Betriebs=
zeit einer mit der erfindungsgemäßen Dimmerschaltung
gesteuerten
Lichtquelle bestimmt, Iann mittels des Ent= ladewiderstands R7 verändert werden,
ohne daß dadurch die Dauer des Verlöschungsvorgangs, die durch den Wert des Speicherkondensators
C5 und den Wert des Entladewiderstands R8 bestimmt ist, wesentlich beeinflußt wird.
Zur Verkürzung der vorgegebenen Betriebszeit wird der Wert des Entlade= widerstands
R7 verkleinert. Dadurch erfolgt eine schnellere Entladung des Speicherkondensators
C6 über den Entlade widerstand R7 und die Z-Diode Z5.
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Da bei kleinen Kapazitäten der Speicherkondensatoren die Entladewiderstände
sehr hochohmig sein müssen, sind sie oft nicht in verstellbarer Ausführung erhältlich.
In solchen Fällen kann die Einstellung der vorgegebenen Betriebszeit auch über die
Ladespannung des Speicherkondensators C6 vor= genommen werden. Die Ladeschaltung
enthält dazu dann z.B.
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ein als Spannungsteiler geschaltetes Potentiometer mit verstellbarem
Abgriff, dem der Ladestrom für die Speicher= kondensatoren entnommen wird.
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Ein für alle flimmerschaltungen vorgeschriebenes Funken störglied
ist, da es für Funktion und Verständnis der erfindungsgemäßen Dimmerschaltung nicht
wesentlich ist, in den Figuren nicht dargestellt.