DE3317617A1

DE3317617A1 - Kapazitive vorschalteinrichtung fuer niederspannungs-gluehlampe

Info

Publication number: DE3317617A1
Application number: DE19833317617
Authority: DE
Inventors: Paul Thompson 44118 Cleveland Heights Ohio Cote
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1983-05-14
Publication date: 1983-11-24
Also published as: GB2121248B; BE896760A; GB2121248A; GB8312749D0; FR2527411A1; BR8302636A; DD209939A5; CA1205851A; JPS59897A; NL8301767A

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY 9119~L(D)-08827

Kapazitive Vorschalteinrichtung für Niederspannungs-Glühlampe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorschalteinrichtung und insbesondere eine kapazitive Vorschalteinrichtung, die eine kleine Spannung an eine Glühlampe liefert.

Es ist bekannt, daß Glühlampen bei einer Nennspannung von etwa 120 Volt keinen so hohen Wirkungsgrad, d.h. Lumen pro Watt, bei der gleichen Leistung haben wie Glühlampen, die bei kleineren Spannungen arbeiten. Bekannte Schaltungsanordnungen, die für einen derartigen Betrieb bei einer kleineren Spannung arbeiten, verursachen entweder unerwünschte Kosten, großes Volumen und Gewicht oder stärkere elektromagnetische Störungen. Insbesondere haben einige bekannte Niederspannungs-Leistungseinspeisungen für Glühlampen magnetische Komponenten für die Spannungstransformation verwendet. Die Kosten derartiger magnetischer Komponenten haben verhindert, daß die dabei entstehenden Leistungseinspeisungen ökonomisch attraktiv sind. Andere Leistungseinspeisungen haben Phasensteuerungstechniken verwendet, bei denen sehr schmale Impulse erforderlich sind, wobei hohe Stromstöße durch die Last fliessen, und häufig entstehen dabei elektromagnetische Störungen und eine verminderte Zuverlässigkeit.

In der gleichzeitig eingereichten Erfindungsanmeldung (U.S. Serial No. 379 412) ist für eine

Glühlampe eine kapazitive Vorschalteinrichtung angegeben, die einen Hauptkondensator in Reihe mit einer Glühlampe und einen oder mehrere Hilfskondensatoren aufweist, die elektrisch dem Hauptkondensator parallel geschaltet sind. Diese Vorschalteinrichtung vermeidet die vorstehend beschriebenen Probleme. Jedoch hat die darin angegebene Schalteinrichtung, wie beispielsweise ein Triac, die jeden zusätzlichen Kondensator dem Hauptkondensator elektrisch parallel schaltet, mehrere Nachteile, wozu höhere Kosten und eine kleinere maximale Betriebstemperatur als erwünscht gehören.

Ziel der Erfindung ist es, die mangelhafte Zuverlässigkeit und schlechte Wirtschaftlichkeit beim Lampenbetrieb zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Schalteinrichtung für eine kapazitive Vorschalteinrichtung für eine Niederspannungs-Glühlampe zu schaffen, die relativ billig ist und eine relativ hohe maximale Betriebstemperatur zuläßt.

Erfindungsgemäß wird eine Schalteinrichtung geschaffen, die **"■ einen oder mehrere Hilfskondensatoren einem Hauptkondensator parallel schaltet. Jede Schalteinrichtung weist eine in eine Richtung leitfähige Vorrichtung auf, die elektrisch einer aktiven Schalteinrichtung parallel geschaltet ist, wobei die Zusammenschaltung davon jeweils mit einem Hilfskondensator in Reihe geschaltet ist. Zusätzlich spricht jede aktive Schalteinrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf ein Signal an, das von einer Steuerlogik geliefert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Die Figur zeigt ein schematisches Schaltbild von einer kapazitiven Vorschalteinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Niederspannungs-Glühlampe.

Wie in der Figur gezeigt ist, liefert eine Vorschalteinrichtung 10 Leistung an eine Last 11, vorzugsweise an eine Glühlampe, aus einer Wechselstromquelle 12, indem der der Last 11 aus der Wechselstromquelle 12 zugeführte Strom gesteuert wird. Die Last 11 kann eine Niederspannungs-Glühlampe sein, die beispielsweise bei einer Spannung zwischen etwa 24 und 36 Volt arbeitet. Die Vorschalteinrichtung 10 ermöglicht, daß die Lampenlast 11 bei einer nach Wahl festgesetzten Ausgangsleistung in einem relativ schmalen Helligkeitsbereich arbeitet. Bei einem derartigen Anwendungsfall kann ein relativ schmaler LampenSpannungsbereich aufrecht erhalten werden, während der Strom der Wechselstromquelle 12 über einem vorbestimmten Bereich, beispielsweise etwa 20%, verändert wird.

Die Vorschalteinrichtung 10 bildet einen kapazitiven Spannungswandler, bei dem ein minimaler Strom, der durch die Lampe fließt, der Strom I. ist, der durch den Kondensator C1 fließt, der im folgenden als der Hauptkondensator bezeichnet wird. Eine zusätzliche Lampenstroinkomponente ist der Strom I₂, der durch einen oder mehrere Kondensatoren C2 fließt, die im folgenden als die Hilfskondensatoren bezeichnet werden. Somit treten ein minimaler Lampenstrom und eine minimale Leistung auf, wenn kein Strom durch die Hilfskondensatoren C2 fließt, d.h. wenn die kapazitive Reaktanz der Vorschalteinrichtung ein Maximum ist. Umgekehrt treten ein maximaler Lampenstrom und maximale Leistung auf, wenn der Kondensatorstrom I» durch alle Hilfskondensatoren C2 fließt, was eine minimale Reaktanz der Vorschalteinrichtung zur Folge hat. Eine Zwischengröße des Lampenströmes und der Leistung wird erhalten, wenn der Strom I₂ durch einige, aber nicht alle Hilfskondensatoren

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C2 fließt. Deshalb werden durch Verändern der Anzahl der Hilfskondensatoren C2 parallel zu dem Hauptkondensator C1 der Laststrom und die Leistung eingestellt»

Die Wechselstromquelle 12 und die Lampe 11 sind elektrisch mit Klemmen 13-14 bzw. 15-16 verbunden. Der Hauptkondensator C1 ist zwischen die Klemmen 13 und 15 geschaltet. Für jeden Hilfskondensator C2 ist eine Schalteinrichtung 17 elektrisch zwischen die Klemme 15 und einen Anschluß von jedem Hilfskondensator C2 geschaltet. Der andere Anschluß von jedem Hilfskondensator C2 ist mit der Klemme 13 verbunden. Die Klemmen 14 und 16 sind elektrisch direkt miteinander verbunden.

Jede Schalteinrichtung 17 bildet einen Stromleitungspfad in beiden Richtungen mit einem kleinen Widerstand zwischen der Klemme 15 und demjenigen Anschluß von jedem Hilfskondensator C2, der am weitesten entfernt von der Klemme 13 ist. Genauer gesagt, weist die Schalteinrichtung 17 eine in einer Richtung leitende Vorrichtung 18 auf, welche ein Gleichrichter, wie beispielsweise eine Diode, ist, die elektrisch einer aktiven Schaltvorrichtung 19 parallel geschaltet ist. Die aktive Schaltvorrichtung 19 kann irgendeine aktive Schaltvorrichtung sein, die in der elektrisch entgegengesetzten Richtung der in einer Richtung leitenden Vorrichtung 19 leitet oder in beiden Richtungen leitfähig ist. Die aktive Schaltvorrichtung 19 sollte vorzugsweise in einen leitenden bzw. sperrenden Zustand schaltbar sein in Abhängigkeit von einem Steuersignal von einer Steuerlogik 20. Eine derartige Steuerlogik ist allgemein bekannt. Jede aktive Schaltvorrichtung 19 kann, aber muß nicht, ein steuerbarer Siliziumgleichrichter (Thyristor) 21 oder ein Transistor sein, wie beispielsweise ein Flächentransistor oder ein Feldeffekttransistor (FET) 22.

Um einen unerwünschten Stromfluß und eine unerwünschte Begrenzung des Stromflusses durch jede Schalteinrichtung 17 zu vermeiden, wird jede Schalteinrichtung 17 durch eine Steuerlogik 20 vorzugsweise nur dann durchgeschaltet, wenn die Spannungspotentiale V1 und V2 über dem Hauptkondensator bzw. den Hilfskondensatoren gleich und/oder etwa gleich der maximalen Spannung der Kurve der Spannungsguelle 12 sind, wodurch im wesentlichen eliminiert wird, daß irgendwelche zirkulierende Ströme zwischen den Hilfskondensatoren C2 und dem Hauptkondensator C1 fließen.

Weiterhin kann jede Schalteinrichtung 17, die einen Transistor als die aktive Schaltvorrichtung 19 aufweist, bei einer Temperatur von wenigstens 13O⁰C arbeiten, im Vergleich zu bekannten Mitteln, wie beispielsweise einem Triac, das eine maximale Betriebstemperatur von etwa 100⁰C aufweist. Dies bedeutet, daß ein übliches Triac bei Temperaturen von etwa 100⁰C oder darüber in den leitenden Zustand schaltet und in diesem Zustand bleibt bei Fehlen eines Steuersignals, was einen unzulässigen Betrieb zur Folge hat.

Wie vorstehend bereits ausgeführt ist, schafft die vorliegende Erfindung eine Vorschalteinrichtung 10, die die der Glühlampe 11 zugeführte Leistung steuert durch Verändern der elektrisch damit in Reihe geschalteten Kapazität. Die Gesamtkapazität, die elektrisch mit der Glühlampe 11 in Reihe geschaltet ist, ist gleich der Parallelschaltung des Hauptkondensators C1 und aller Hilfskondensatoren C2, bei denen die zugehörige Schalteinrichtung 17 durchgeschaltet ist. Durch Verändern der Anzahl der Hilfskondensatoren C2, deren zugehörige Schalteinrichtungen 17 durchgeschaltet sind, kann also die Gesamtkapazität in Reihe mit der Glühlampe verändert werden, und dadurch wird eine Vorschalteinrichtung 10 erhalten, die die der Glühlampe 11 zugeführte Leistung und somit die Temperatur des Lampenglühfadens steuert bzw. regelt.

Zusätzlich kann jede Schalteinrichtung 17 einen Hilfskondensator in eine Parallelschaltung mit dem Hauptkondensator für eine oder mehrere vollständige Perioden der Spannungskurve der Wechselspannungsquelle 12 schalten oder aus dieser Parallelschaltung herausnehmen.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Hilfskondensatoren C2 jeweils die gleiche Kapazität oder gegenseitig unterschiedliche Kapazitäten aufweisen können. Jeder Hilfskondensator kann auch unabhängig von anderen geschaltet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Hauptkondensator C1 eine Kapazität von etwa 25 Mikrofarad, die gesamte Hilfskapazität beträgt 25 Mikrofarad, die Wechselspannungsquelle 12 hat eine Spannung von etwa 120 Volt bei 60 Hz und die Lampe arbeitet bei einer Spannung von etwa 36 Volt mit einer Leistung von 60 Watt. Die Anzahl der Hilfskondensatoren, die elektrisch dem Hauptkondensator C1 parallel geschaltet sind, und die Kapazität von jedem Kondensator kann variieren in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren, wie beispielsweise der Größe der Spannung der Wechselstromquelle 12, dem gewünschten Lampenstrom, der Lampenhelligkeit, der Lampenbetriebsspannung, usw.

Somit kann also die vorliegende Erfindung für Einstellungen in Abhängigkeit von Spannungsänderungen der Wechselspannungsquelle sorgen. Wenn also die Größe der Spannung der Wechselspannungsquelle 12 steigt oder fällt, kann die Hilfskapazität C2 vermindert bzw. erhöht werden, um einen im wesentlichen konstanten Stromfluß oder Leistung oder beides durch die Lampe 11 aufrechtzuerhalten.

Weiterhin können der Laststrom, die Leistung und die Helligkeit sowohl durch manuelle als auch automatische Einstellung von jeder aktiven Schaltvorrichtung 19 festgelegt werden. Insbesondere kann eine Steuerlogik 20 verwendet werden, der ein Rückführungssignal_/ beispielsweise an die Steuerelektrode eines Thyristors oder eines Feldeffekttransistors, zugeführt wird,

um die aktive Schaltvorrichtung in einen leitenden oder sperrenden Zustand zu bringen, wodurch automatisch die Gesamtkapazität zwischen den Klemmen 13 und 15 eingestellt wird.Ein derartiges Rückführungssignal könnte beispielsweise auf den Stromfluß durch die Last 11 ansprechen.

Somit wird durch die erfindungsgemäße kapazitive Vorschalteinrichtung eine Niederspannung über der Lampe 11 geliefert, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik unerwünscht hohe Werte der elektromagnetischen Störung vermieden werden. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung mit geringen Kosten gefertigt werden und, wenn ein Transistor als aktive Schaltvorrichtung verwendet wird, können höhere maximale Betriebstemperaturen zugelassen werden.

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Leerseite

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6000 Frankfurt/Main 1 (0611) 235555 Kaiserstrasse 41 04-16759 mapat d Telefon mainpatent frankfurt T@iex (0611) 251615 Telegramm (CCITT Gruppe 2 und 3) Telekopierer 225/0389 Deutsche Bank AG 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto Postscheckkonto

Ihr Zeichen/Your ref. :

Unser Zeichen/Ourref.: 9119-L(D)-08827

Datum /Date GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

13. Mai 1983 - Vo:Da

Kapazitive Vorschalteinrichtung für Niederspannungs-Glühlampe PATENTANgPRUCHE

M"J Vorschalteinrichtung zum Steuern der von einer Wechselstromguelle an eine Glühlampe gelieferten Leistung bei einer Spannung, die kleiner als die Spannung der Wechselstromquelle ist, gekennzeichnet dadurch:

a) ein erstes kapazitives Element (C1), das elektrisch mit der Lampe (11) in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung zusammen an die Eingangsklemmen (13, 14) der Vorschalteinrichtung (10) angeschlossen ist,

b) ein oder mehrere kapazitive Hilfselemente (C2) und

c) Schalteinrichtungen (17) zum Parallelschalten von jedem kapazititven Hilfselement (C2) zu dem ersten kapazitiven Element (C1) für eine oder mehrere vollständige Perioden der Kurve der Wechselstromquelle (12) , wobei mit jedem kapazitiven Hilfselement (C2) Schaltmittel in Reihe geschaltet sind, die eine in eine Richtung leitende Vorrichtung (18) aufweisen, der eine aktive Schaltvorrichtung (19) elektrisch parallel geschaltet ist.

2. Vorschalteiririchtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in eine Richtung leitende Vorrichtung (18) eine Diode ist.

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3. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede aktive Schaltvorrichtung (19) ein steuerbarer Siliziuitigleichrichter (21), ein Flächentransistor oder ein Feldeffekttransistor (22) ist.
4. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede aktive Schaltvorrichtung (19) in Abhängigkeit von einem Steuersignal in einen leitenden oder sperrenden Zustand schaltbar ist.
5. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Steuersignal von einem Stromfluß durch die Glühlampe (11) abhängig ist.
6. Vorschalteinrichtung nach Apspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schalteinrichtungen (17) unabhängig voneinander schaltbar sind.
7. Vorschalteinrichtung nach .Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Parallelschaltung von jedem kapazitiven Hilfselement (C2) zu dem ersten kapazitiven Element (C1)das Spannungspotential über allen kapazitiven Hilfselementen, die dem ersten kapazitiven Element elektrisch parallel geschaltet sind, etwa das gleiche ist wie das Spannungspotential über dem ersten kapazitiven Element.
8. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekenszeichnet dadurch, daß die aktive Schalteinrichtung (19) ein Transistor ist, wobei die Schalteinrichtung bei einer Temperatur von wenigsten 130⁰C arbeiten kann.
9. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Glühlampe (11) bei einer Spannung von etwa 36 Volt und einer Leistung von 60 Watt arbeitet, das erste kapazitive Element (C1) eine Kapazität von etwa 25 Mikrofarad hat, das eine oder die mehreren kapazitiven Hilfselemente (C2) eine Gesamtkapazität von etwa 25 Mikrofarad haben und die Spannung der Wechselstromquelle (12) etwa 120 Volt bei 60 Hz beträgt.