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DIMMERSCHALTUNG 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 Ansprucs 1.
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Mit einer solchen Schaltung ist es möglich, die Helligkeit von Beleuchtungskörpern
nach einer Zeitfunktion mit einfachen mitteln zu steuern. Die Schaltung eignet sich
vor allem zur Steuerung von Treppenhausbeleuchtungen. Diese werden dann nicht mehr
abrupt abgeschaltet, sondern verlöschen lansam nach einer vorgegebenen Betriebszeit.
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In der Hauptanmeldung ist eine Schaltung beschrieben, die zwei zueinander
komplementäre Transistoren zur Einstellung des Ladestromes des Starterkondensators
abhängig vom Lade= zustand zweier Speicherkondensatoren enthält. Einer d.er Transistoren
dient dabei der Einstellung des positiven, der andere der Einstellung des negativen
Lade stromes während der entsprechenden Halbwellen, der Wechselspannung. Die Empfind=
lichkeit dieser Schaltung gegeniiber Schwankungen der elek= frischen Werte der verwendeten
Transistoren wi.rd in einer älteren Zusatzanmeldung (Patentanmeldung P 29 42 662.8)
dadurch vermieden, daß d.ie Auf ladung des Starterkondensators über eine Gleichrichter-Brückenschaltung
erfolgt, wobei die Einstellung des Ladestromes beider Polaritäten über einen einzigen
Transistor im Querzweig der Gleichrichter-Brücken= schaltung vorgenommen wird.
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Bei dieser Schaltung besteht noch eine geringe Abhängigkeit den Dauer
der Verlöschung der gesteuerten Lichtquelle von der vorgegebenen Betriebszeit, wenn
nicht die aufwendigeren, in den Ansprichen 6 und 9 der genannten älteren Zusatzanmeldung
beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dimmerschaltung verwendet werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine weitere Schaltung der oben genannten
Art anzugeben, mit der auf noch einfachere Weise eine Trennung von Betriebszeit
und Dauer des Verlöschungsvor gangs erreicht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die erfindungsgemäße Schaltung unterscheidet sich von den in der Hauptanmeldung
und der älteren Zusatzanmeldung beschriebenen Schaltungen vor allem darin, daß die
Mittel zur ii:in= stellung des Ladestromes des Starkerkondensators (Brückenschaltung,
komplementäre Transistoren) hier nicht in Reihe mit dem Starterkondensator, sondern
diesem parallel liegen und einen einstellbaren Teil des zur Aufladung des Starterkondensators
maximal zuur Verfügung stehenden Stromes aufmcn, so daß für die Aufladung nur noch
der Reststrom als eigentlicher Ladestrom übrigbleibt.
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Ausgestaltungen der Dimmerschaltung nach der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
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So hat z.B. die in Anspruch 2 beschriebene Ausgestaltung den Vorteil,
daß hysteresebedingte Unnstetigkeiten der Lichtabgabe der ;,;esteuerten Lichtquelle
während des Verlöschungsvorganges unterdrückt werden.
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Anspruch 3 enthält eine Ausgestaltung, die sich für die Ver: wendung
preisgünstiger, wenig spannungsfester Transistortypen eignet.
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Die in Anspruch 4 angegebene Ausgestaltung; ist fiir Anwendungs= fälle
mit besonders langer vorgegebener Betriebszeit vorgesehen.
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1)ie in den Ansprüchen 5,6 und 7 enthaltenen Ausgestaltungen sehen
die Verwendung preisgünstiger selbstleitender Feldeffekt transistoren vor. Dadurch
wird die Dimmerschaltung nach der Erfindung besonders einfach.
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Der in Anspruch 8 angegebenen Ausgestaltung liegt die Aufgabe zugrunde,
Unstetigkeiten während des Verlöschungsvorganges zu vermeiden, während eine in Anspruch
9 beschriebene Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dimmerschaltung eine Alternativ
zu der im Anspruci 5 angegebenen Ausgestaltung darstellt und die Verwendung selbstsperrender
Transistoren oder Feldeffekt transistoren gestattet.
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Anhand zweier Zeichnungen sollen nun Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Dimmerschaltung ausführlich beschrieben und ihre Funktion erklärt werden.
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Fig.1 zeigt eine Dimmerschaltung mit einem selbstleitenden Feldeffekttransistor,
Fig.2 zeigt eine Dimmerschaltung mit einem selbstsperrenden Transistor.
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In lig. 1 ist eine Dimmerschaltung nach der Erfindung zur Steuerung
eines Wechselstromverbrauchers V, der an einen Wech selspannungsquelle N, z.B. dem
Haushaltsstromnetz betrieben werden soll, dargestellt. Sie enthält wie die in der
Haupt=
anmeldung, im Zusammenhang mit der dort enthaltenen Fig.2
beschriebene Schaltung einen Triac TR in Reihe mit dem Wechselstromverbraucher V,
einen Diac D1 und einen Starterkondensator C1. Der Einstellung eines Ladestrom-Grenzwertes
für den Starterkondensator dient ein Strombegrenzungswiderstand R4, tle-r seinerseits
mit je einem Anschluß des Starkerkondensators und des Diac, andererseits über den
Wechselstromverbraucher V mit einer Seite der Wechselspannungsquelle t verbunden
ist.
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Der zweite Anschluß des Starterkondensators liegt zusammen mit der
dem Wechselstromverbraucher abgewandten Seite der Triac-Schaltstrecke an der anderen
Seite der Wechselspannungsquelle.
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Der zweite Anschluß des Diac ist mit der Steuerelektrode des Triac
verbunden.
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Parallel zum Starterkondensator C1 weist die erfindungsgemäße Schaltung
eine Gleichrichter-Brückenschaltung, bestehend aus Dioden D14,D15,D16 und D17 auf,
in deren Querzweig ein GlättungskoIIdensator C9 und dazu parallel eine Reihenschaltung
aus einer Z-Diode Z8 und der Schaltstrecke eines Feldeffekttransistors T6 liegt.
Die Z-Diode Z8 ist dabei in Sperrichtung geschaltet.
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Der Schaltstrecke des Feldeffekttransistors liegt eine weitere Z-Diode
Z6 in Sperrichtung zur Spannungsbegrenzung parallel.
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Der Feldeffekttransistor T6 ist vom Verarmungstyp und somit selbstleitend.
Parallel zu seiner Steuerstrecke liegt ein Speicherkondensator C7 und ein Entladewiderstand
R12. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors ist außer mit dem opei.cherkondensator
und dem Entladewiderstand über eine Diode D19 mit dem Mittelabgriff eines I-otentiometers
R13 verbunden.
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Dieses ist Teil einer Ladeschaltung, die weiterhin einen Schalter
S, der während des Ladevorgangs betätigt sein muß, einen Strom Begrenzungswiderstand
R11, eine Diode D18 und eine Z-Diode Z7 zur Begrenzung der am Potentiometer anstehenden
Spannung enthtlt
Die Funktion der Schaltung ist wie folgt: Bei entladenem
Speicherkondensator C7 (Schalter S längere Zeit geöffnet) ist der Feldeffekttransistor
T6 im nieder ohmig leitenden Zustand. Die Z-Diode Z6 tritt daher nicht in Erscheinung
und die Z-Diode Z8 im Brückenquerzweig bestimmt das Verhalten der Gleichrichter-Brückenschaltung.
Diese wird erst oberhalb einer anstehenden Spannung, die etwa der perr= spannung
der Z-Diode Z8 entspricht, leitend. Dies gilt unab hängig von der Polarität der
anstehenden Spannung. Da die Sperrspannung der Z-Diode Z8 kleiner als die Diac-Durchbruch
spannung gewählt ist, macht sich die Gleichrichter-Brückenschaltung als niederohmiger
Nebenschluß zum Starterkondensator C1 bemerkbar, sobald dieser auf die Sperrspannung
der Z-Diode Z8 aufgeladen ist. Die Diac-Durchbruchspannung wird damit nicht erreicht
und der Triac nicht durchgesteuert.
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\Wird der Schalter S betätigt, so steht am Potentiometer R13 während
der positiven Halbwellen der Wechselapannung die Sperrspannung der Z-Diode Z7 an.
Der Speicherkondensator C7 lädt sich in kurzer Zeit über die Diode D19 bis zu dem
am Potentiometer eingestellten Bruchteil dieser Sperrspannung positiv auf. Ist dieser
Bruchteil der perrspannung höher als die Abschnürspannung des Feldeffekttransistors,
so wird dieser gesperrt und die Z-Diode Z6 bestimmt nun zusammen mit der Z-Diode
Z8 die Spannungsschwelle der Gleichrichter-Brückenschaltung. Diese Spannungsschwelle
entspricht nun der Summe der Sperrspannungen der Z-Dioden Z6 und Z8 und ist höher
als die Diac- Durchbruchspannung. Der Starterkondensator wird nun während jeder
Wechsekspannungs-Halbwelle auf diese Durchbruchspannung aufgeladen und der Triac
durchgesteuert.
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Hat sich der Speicherkondensator C7 nach einer von seiner Anfangsaufladung
und damit von der Einstellung des iotent;io meters R13 abhängigen Zeit über den
hochohmigen Entladewiderstand R12 bis auf die Abschniirspannung des Feldeffekttransistors
entladen, so begiant dieser leitend zu werden
Er tut dies nicht
abrupt, sondern bildet einen langsam nieder ohmig werdenden Parallelwiderstand zur
Z-Diode Z6. Die Gleich= richter-Brückenschaltung übernimmt damit einen stetig größer
werdenden Anteil des iiber den Strombe£renzungswiderstand R4 lließenden, zur Aufladung
des Starterkondc--nsators maximal zur Verfügung stehenden Stromes. Damit dauert
die Aufladung des Starterkondensators bis zur Diac-Durchbruchspannung zunehmend
länger und der Zündzeitpunkt für die Triac-Schaltstrecke verschiebt sich langsam
zum Ende der Wechselspannungs-Halb= wellen hin, bis es schließlich nicht mehr zum
Durchschalten des Triac kommt. Während dieser Phase verlischt eine als Wechselstromverbraucher
V angeschlossene Lichtquelle langsam.
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jJie Dauer dieses Verlöschungsvorgangs ist nur abhängig von der ltennlinie
des Feldeffekttransistors und von der Dimensio= nierung des aus dem Speicherkondensator
C7 und dem Entladewiderstand R12 bestehenden RC-Gliedes. Die dem Verlöschungs= vorrang
vorausgehende Betriebszeit, während der die Licht= quelle mit konstanter helligkeit
leuchtet, wird durch die Einstellung des Potentiometers R13 bestimmt.
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Fig.2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Dimmerschaltung nach
der Erfindung. Es unterscheidet sich von dem in Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel
vor allem durch die Verwen eines gewöhnllchen, selbstsperrenden Transistors T7.
Um dessen Schaltstrecke während der Zeit, in der der Triac nicht durch schalten
soll, niederohmig leitend zu halten, ist ein ständiger Basisstrom eforderlich. Dieser
wird über einen Vorwiderstand R14 und eine Z-Diode Z9 einer Ladeschaltung, bestehend
aus einem Strombegrenzungswiderstand R15, einer Diode D20 und einem Kondensator
C10 der Wechselspannungsquelle N entnommen. Der Steuerstrecke des Transistors T7
mit der vorgeschalteten Z-Diode Z9 liegt ein Speicherkondensator C11 parallel. Soll
eine über
den Triac angesteuerte Lichtquelle in Betrieb genommen
werden, so wird dieser Speicherkondensator über einen parallelliegenden Schalter
S1 entladen. Der Basisstrom ueber den Transistor T7 wird d.amit so lange unterbrochen
bis der Speicherkondensator C11 wieder über den Vorwiderstand 1114 auf eine Spannung
oberhalb der Sperrspannung der Z-Diode Z9 aufgeladen ist. Dann erst beginnt der
Basisstrom erneut zu fließen und die Schaltstrecke des Transistors wird allmählich
niederohmig. Die Dimensionierung es RC-Gliedes aus dem Vorwiderstand R14 und dem
Speicherkondensator C11 bestimmt bei dieser Schaltung die Dauer des Verlöschungsvorgangs.
Die Dauer der vorausgehenden Betriebszeit, während der eine iiber den Triac angesteuerte
Lichtquelle mit annähernd konstanter Helligkeit leuchtet, kann bei festliegendem
Wert des Speicherkondensators in weiten Grenzen durch die i'C messung der Z-Diode
Z9 eingestellt werden. Wlrd eine leicht verstellbare Betriebsdauer angestrebt, so
kann die Entladung des Speicherkondensators C11 auch nur bis auf ein einstellbares
Restpotential erfolgen. Der Schalter S1 verbindet den Speicher kondensator dann
mit dem Mittelabgriff eines in der Figur nicht; dargestellten Potentiometers, das,
zusammen mit einer Z-Diode zur Spannungsbegrenzung, dem Kondensator C10 parallelliegt.
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Anstatt eines gewöhnlichen Transistors kann in der in Fig.2 dargestellten
Schaltung auch ein selbstsperrender Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp verwendet
werden. In diesem Falle muß, um das Anstehen unzulässig hoher Spannungen an der
Steuerelektrode des Feldeffekttransistors zu verhindern, eine Z-Diode zur Spannungsbegrenzung
parallel zum Speicherkondensator oder parallel zum Kondensator C10 vorgesehen werden.