DE3447486C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann als Treiber zum Anschalten des elektrischen Verbrauchers an eine Wechselspan­ nungsquelle beziehungsweise als Teil einer elektrischen Steuer­ einrichtung zum Steuern der den elektrischen Verbraucher be­ aufschlagenden Wechselspannung verwendet werden.

Allgemein geht es bei solchen elektrischen Steuereinrichtungen darum, wiederholt kurzzeitig eine Betriebsspannung (Wechsel­ spannung) an einen Verbraucher anzuschalten und abzuschalten, um die von dem Verbraucher aufgenommene Energie herabzusetzen oder seine Ausgangsgröße zu steuern.

Die Erfindung kann für unterschiedliche elektrische Verbraucher eingesetzt werden. Bevorzugt bezieht sich die Erfindung auf die Steuerung von Fluoreszenzlampen und Fluoreszenzlampenanla­ gen, jedoch soll die Erfindung nicht auf diese spezielle An­ wendung beschränkt sein.

Es ist bekannt, daß eine Gasentladungslampe mit dem daran angeschlossenen (elektrischen Ballast) zu den schwierigsten elektrischen Verbrauchern gehört, die gesteuert und geregelt werden sollen. Der Ausdruck "Gasentladungslampe" umfaßt dabei eine Fluoreszenzlampe mit oder ohne getrennte Heizeinrichtung, eine Entladungslampe hoher Lichtintensität und jede Lampe, die durch eine negative Widerstandskennlinie gekennzeichnet ist. Eine solche Lampe erfordert einen Ballastschaltkreis, um stabile Betriebsbedingungen zu schaffen, wenn sie mit einer üblichen Wechselspannungsquelle betrieben wird. Der Ballast ist auch dazu vorgesehen, eine zusätzliche Zünd­ spannung zum Starten der Lampe sowie in einigen Fällen die Leistung für eine interne Lampen-Kathodenbeheizung bereitzustellen. Solche Gasentladungslampen und die damit verbundenen Probleme sind in dem US-Patent 4 352 045 Spalte 1 Zeile 22 bis Spalte 2 Zeile 9 erörtert.

Es ist schon lange Ziel, eine Steuereinrichtung zum Abdunkeln (Dimmen) von Gasentladungslampenanordnungen zu schaffen, um deren Energieaufnahme sowie die damit verbun­ denen Betriebskosten der Lampen herabzusetzen. Im allgemeinen ist ein Abdunkeln angebracht, wenn die Standard-Lichtabgabe der Lampen wegen der Umgebungsbedingungen und der gewünschten Helligkeit nicht benötigt wird.

Bisherige Schaltungsentwürfe zur Steuerung von Gasentladungs­ lampen, beispielsweise nach den US-Patenten 4 350 935 und 4 352 045, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen ist, sind Schaltkreise, welche die Betriebsspannung von dem Verbraucher während eines Teils jeder Periode des Versorgungs-Wechselstroms abschalten und anschließend die Betriebsspannung wieder an den Verbraucher anlegen, um im Ergebnis einen Teil der Betriebsspannung von dem Verbraucher während jeder Halbwelle der Versorgungsspannung fernzu­ halten. Die schnelle Potentialänderung, die auf dem Ab­ schalten der Versorgungsspannung von dem Verbraucher beruht, erzeugt durch Selbstinduktion eine Induktionsspannung. Die Zeit, während der solche üblichen Schaltkreise die Betriebsspannung wieder an den Verbraucher während jeder Halbperiode der Versorgungs­ spannung anlegen, hängt nicht von dem elektrischen Potential­ unterschied zwischen dem Verbraucher entsprechend der Induktions­ spannung und der Versorgungsspannung ab. Deswegen führen übliche Schaltkreise fast immer dem Verbraucher Betriebsspannung wieder zu, wenn ein elektrischer Potentialunterschied zwischen der Versorgungsspannung und der Last besteht, was eine äußerst große und schädliche Spannungsänderung zu demjenigen Zeitpunkt bewirkt, bei dem die Betriebsspannung wieder an den Verbraucher angelegt wird. Die Spannungsänderung kann unmittelbare Zerstörung oder verkürzte Lebensdauer der Steuerbauelemente bewirken und kann ein lästiges hörbares Geräusch verursachen.

Ein anderes Problem besteht darin, daß die sehr schnellen Schaltzeiten, die in vielen bekannten Schaltkreisen im Verhältnis zu der 50-60 Hz-Spannung an dem Ballast erzeugt werden, eine verkürzte Ballastlebensdauer verursachen können. Außerdem verursacht das Abschalten und Anschalten der Betriebsspannung von dem Verbraucher bzw. an den Verbraucher vor dem 90°-Punkt jeder Halbwelle der Versorgungsspannung hohe Spitzenwerte und sehr schnelle Spannungsänderungen, welche den Ballast und die Lampe beanspruchen. Verstärkte Geräusche rühren von beträchtlichen Schwingungen der Spannung während jeder Halbwelle her, was Mehrfach- Harmonische innerhalb des hörbaren Bereichs verursacht. Das Schalten vor dem 90°-Punkt in jeder Halbwelle der Ver­ sorgungsspannung verursacht das weitere Problem, daß keine genügende Spannungsamplitude zum Zünden der Lampen an den Verbraucher gelegt werden kann, was dazu führen kann, daß einige Lampen vollständig erlöschen.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung ist die zweite elektronische Schalteinrichtung aus­ schließlich durch Potentiometer auf den Phasenwinkel der Last- Wechselspannungsquelle einstellbar, bei welchem die erste elektronische Schalteinrichtung sperrt (US 4,352,045). Im einzelnen erfolgt das Sperren der ersten elektronischen Schalteinrichtung, wenn ein mit Potentiometer einstellbarer Gleichspannungspegel an einen ersten Eingang eines Operations­ verstärkers von einer Ladespannung eines Kondensators an einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers erreicht wird, wobei der Kondensator über einen Widerstand und ein weiteres Potentio­ meter aufgeladen wird. Mit den Potentiometern ist somit die effektive von der Last aufgenommene Leistung einstellbar. Eine weitere Steuer- oder Pegelgröße wird in die zweite Schaltvor­ richtung nicht eingegeben. Um schädliche Auswirkungen einer induktiven Last bei dem jeweiligen Sperren der ersten elektro­ nischen Schalteinrichtung zu bekämpfen, soll in dem Laststrom­ kreis ein verlustfreier Kondensator angeordnet werden, der beim Sperren der ersten Schalteinrichtung eine plötzliche Unterbrechung des Laststroms verhindert. - Der verlustfreie Kondensator ist nicht ohne weiteres realisierbar. Verluste des Kondensators belasten die erste Schalteinrichtung und die Wechselspannungsquelle zusätzlich. Der Kondensator muß außer­ dem eine genügend große, der induktiven Last angepaßte Kapazi­ tät aufweisen, um die Energie von der induktiven Last überneh­ men zu können.

Zum Stand der Technik gehört auch eine geregelte Licht-Steuer­ einrichtung, welche den Effektivwert der Spannung, welche von einer Wechselspannungsquelle in Abhängigkeit von einem Ver­ brauchs-(Soll-)signal an eine Glühlampe abgegeben wird (US 3,821,601). In der Steuereinrichtung wird ein Vergleich zwi­ schen einem von dem Verbrauchs-(Soll-)signal abhängigen Signal und einem Signal gebildet, welches dem Effektivwert der Span­ nung über der Last proportional ist, um die an die Last abgege­ bene Leistung zu regeln. Die Einrichtung kann weiterhin den Laststrom erfassen, um einen Überstrom dadurch zu vermeiden, daß in den obigen Signalvergleich eingegriffen wird. - Maß­ nahmen, um Spannungsspitzen beim Abschalten einer Last mit in­ duktiver Komponente zu vermeiden, sind hingegen nicht getrof­ fen. Die als Last vorgesehene Glühlampe hat keine in diesem Zusammenhang beachtenswerte induktive Komponente. Die von der Last zu dem voranstehenden Signalvergleich abgegriffene Spannung wird dem Vergleicher ausdrücklich als Effektivwert zugeführt. Eine Vermeidung von Abschaltspannungsspitzen, die kurzzeitig als Bruchteil einer Wechselspannungsperiode auf­ treten können, ist dadurch nicht möglich und nicht angeregt.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schal­ tungsanordnung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß keine schädlichen hohen Spannungsänderungen an dem Ver­ braucher oder den Steuerelementen auftreten, und zwar auch dann, wenn ein Verbraucher mit einer induktiven Komponente eingesetzt wird und kein Kondensator in den Verbraucherstrom­ kreis zur Übernahme eines Verbraucherstroms beim Abschalten angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird mit der Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die im wesentlichen einen Treiber bildet, sowie die Steuereinrichtung, in der ein solcher Treiber vorhanden ist, werden universell zum Steuern elektrischer Verbraucher einschließlich solcher mit induktiver Komponente eingesetzt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanord­ nung geht aus von einer ersten elektronischen Schalteinrich­ tung, die in Wirkverbindung mit der Last steht und die einen ersten Betriebszustand hat, in der die Versorgungsspannung, eine Wechselspannung, an den Verbraucher gelegt wird und einen zweiten Betriebszustand annehmen kann, bei dem die Ver­ sorgungsspannung nicht an den Verbraucher angelegt wird. Eine zweite elektronische Schalteinrichtung ist vorgesehen, die mit der ersten elektronischen Schalteinrichtung wirkungsmäßig verbunden ist und die Änderung der ersten elektronischen Schalteinrichtung zwischen deren ersten und zweiten Zustand steuert. Hierzu ist die zweite elektronische Schalteinrichtung selbst zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand umschaltbar. In dem ersten Zustand der zweiten Schalteinrich­ tung befindet sich die erste Schalteinrichtung in ihrem ersten Zustand, und in dem zweiten Zustand der zweiten Schalteinrich­ tung ist die erste Schalteinrichtung in ihrem zweiten Zustand. Demgemäß ruft das Umschalten der zweiten Schalteinrichtung von ihrem ersten Zustand in ihren zweiten Zustand ein Umschal­ ten der ersten Schalteinrichtung in ihrem zweiten Betriebszu­ stand von ihrem ersten Betriebszustand ausgehend hervor. Die zweite Schalteinrichtung wird in ihren zweiten Zustand durch ein Befehlssignal umgeschaltet. In der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung verharrt die zweite Schalteinrichtung in ihrem zweiten Zustand, bis ein bestimmter Schaltkreisbetriebszustand zwischen der Spannungsversorgung bzw. Stromquelle und dem Verbraucher vorliegt, und zwar eine vorbestimmte Potential­ differenz zwischen der zugeführten Wechselspannung und dem Verbraucher.

Ausgestaltungen, Weiterbildungen und spezielle Anwendungen der Schaltungsanordnung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der bevorzugten Steuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die einen Treiber mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfaßt;

Fig. 2A ein vereinfachtes Schaltbild der bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Schaltungsanordnung in einem Treiber nach der vorliegenden Erfindung und Fig. 2B bis 2G Wellenformen an verschiedenen Prüfpunkten der Schal­ tungsanordnung;

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild einer anderen Ausführungs­ form der Schaltungsanordnung in einem Treiber nach der vorliegenden Erfindung, die zur Verwendung mit einem verhältnismäßig wenig induktiven Verbraucher, wie zwei Gasentladungslampen, vorgesehen ist;

Fig. 4 ein vereinfachtes Schaltbild einer anderen Ausführungs­ form der Schaltungsanordnung in einem Treiber nach der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit ungefähr zwei bis acht Gasentladungslampen oder einem entsprechenden induktiven Verbraucher;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung in einem Treiber nach der vorlie­ genden Erfindung zur Verwendung mit mehr als acht Gas­ entladungslampen oder einem entsprechenden induktiven Verbraucher und

Fig. 6 ein vereinfachtes Schaltbild einer weiteren Ausführungs­ form der Schaltungsanordnung in einem Treiber nach der vorliegenden Erfindung, der ein manuelles Abdunkeln der Gasentladungslampen gestattet.

Im folgenden wird anhand der Fig. 2A bis 2G ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Treibers mit der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben. Es sei vorausgeschickt, daß die Größen der einzelnen Bauelemente, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anwendungen und Erfordernissen im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden können. Die Treiber werden hier so beschrieben wie sie mit einer Steuereinrichtung verwendet werden, welche den Betrieb einer oder mehrerer Gasentladungslampen steuert. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Treiber können aber auch mit anderen Einrichtungen verwendet werden, welche den Be­ trieb beliebiger, auch nicht induktiver Verbraucher steuern.

Der in Fig. 2A dargestellte Treiber 11 kann so betrachtet werden, daß er zwei Betriebsarten hat, Betriebsart A und Betriebsart B. Der Treiber 11 umfaßt eine erste elektro­ nische Schalteinrichtung, die allgemein mit 51 bezeichnet ist, eine zweite elektronische Schalteinrichtung 53, einen Zweiwegbrückengleichrichter mit Kondensator, der allge­ mein mit 55 bezeichnet ist, sowie einen Nulldurchgangszweig 54. Zur ersten Erläuterung der Wirkungsweise des Treibers 11 wird von der Betriebsart A oder der ersten Betriebsart aus­ gegangen, bei der die Betriebsspannung von der Wechselstrom­ quelle 56 an den Verbraucher gelegt wird. In der zweiten Betriebsart oder Betriebsart B ist die Betriebsspannungs­ quelle 56 von dem Verbraucher L getrennt, aber eine Steuer­ spannung ist noch an den Steuerteilen des Steuerschalt­ kreises über den Zweiwegbrückengleichrichter angelegt.

Der Treiber ist elektrisch mit dem Verbraucher L, einer Gasentladungslampe, durch Leitungen 500 und 501 verbunden. Eine Seite, die Rückleitung der Wechselstromquelle 56, ist mit dem Verbraucher L über die Leitung 501 verbunden, und die verbleibende Seite der Wechselstromquelle 56 steht mit dem Zweiwegbrückengleichrichter 55 über eine Leitung 502 in Verbindung. Die Wechselstromquelle 56 liefert eine Wechselbetriebsspannung an den Verbraucher L während der Betriebsart A und gibt eine Steuerenergie an die Steuer­ elemente des Treibers 11 während beiden Betriebsarten A und B über die Brücke 55 ab. Ein Widerstand R5 ist in seiner Verbindung mit dem Verbraucher L über eine Leitung 500 und mit dem Zweiwegbrückengleichrichter 55 über eine Leitung 503 dargestellt. Der Widerstand R5 ist in Fig. 2A nur zu Meßzwecken vorgesehen, siehe die diesbezügliche Messung in Fig. 2D, und kann für einen serienmäßigen Treiber weggelassen werden.

Der Zweiwegbrückengleichrichter 55 hat vier Dioden D1, D2, D3 und D4, die miteinander zu der Zweiwegbrückenschaltung verbunden sind. Der Zweiwegbrückengleichrichter 55 wird von der Wechselstromquelle 56 mit Wechselspannung ver­ sorgt und erzeugt eine gleichgerichtete Steuerspannung für den Steuerteil des Treibers 11 sowie eine Betriebs­ spannung, welche dem Verbraucher L über Leitungen 504 und 505 zugeführt wird. Ein Kondensator C1 ist über eine Leitung 506 an einen Punkt 400 des Zweiwegbrückengleich­ richters 55 angeschlossen und über eine Leitung 507 an einen Widerstand R4. Die verbleibende Seite des Wider­ stands R4 ist über eine Leitung 508 mit einem Punkt 401 des Zweiwegbrückengleichrichters 55 verbunden. Der Konden­ sator C1 nimmt die durch die Selbstinduktion in dem Verbraucher L erzeugte Leistung auf, wenn der Treiber 11 von der Be­ triebsart A in die Betriebsart B schaltet. Der Widerstand R4 ist in Fig. 2A nur dazu eingeschlossen, eine Test­ messung, die in Fig. 2C gezeigt ist, zu ermöglichen und kann in einem serienmäßigen Treiber weggelassen werden.

Der Nulldurchgangszweig 54, die Schalteinrichtung 53, die Schalteinrichtung 51 und ein Widerstand R1 stellen den Steuerteil des Treibers 11 dar. Der Widerstand R1 ist über eine Leitung 504 an einen Ausgang 403 des Zweiwegbrücken­ gleichrichters 55 angeschlossen und über eine Leitung 509 an die Schalteinrichtungen 51 und 53. Die Leitung 504 ver­ bindet auch den Widerstand R1 mit dem Nulldurchgangszweig 54. Die Widerstandsgröße des Widerstands R1 beeinflußt die Spannungshöhe, welche den Treiber 11 von der Betriebsart A in die Betriebsart B schaltet. Je höher der Widerstands­ wert des Widerstands R1 ist, um so höher ist die Spannung, bei der ein Schaltvorgang eintritt, und um so niedriger ist der Phasenwinkel, bei dem der Treiber 11 zurück in die Betriebsart A schaltet.

Die Schalteinrichtung 51 umfaßt einen Transistor S1. Wenn der Transistor S1 leitet, ist die Schalteinrichtung 51 geschlossen, und die Betriebsspannung wird an den Verbraucher L über den Transistor S1 und den Zweiwegbrückengleichrich­ ter 55 angelegt. Wenn der Transistor S1 nicht leitet oder gesperrt ist, so ist die Schalteinrichtung 51 offen, und keine Betriebsspannung wird von der Wechselstromquelle 56 an den Verbraucher L gelegt. Der Kollektor des Transistors S1 ist an eine Leitung 504 angeschlossen, und der Emitter des Transistors S1 ist mit einer Leitung 505 und dem nega­ tiven Punkt des Zweiwegbrückengleichrichters über einen Widerstand R2 verbunden. Der Widerstand R2 wird nur zur Erfassung des Stroms verwendet, wenn dies vorgesehen ist. Die Basis des Transistors S1 ist an die Quelle eines Feld­ effekt-Transistors, abgekürzt FET, S2 angeschlossen. Die Quelle des FET S2 und die Basis des Transistors S1 sind über einen Widerstand R3 mit der Leitung 505 verbunden. Der Widerstand R3 verbessert den Sperrzustand des Tran­ sistors S1. Das Tor des FET S2 ist an eine Leitung 509 angeschlossen. Der Ableiter (drain) des FET S2 steht über eine Leitung 510 mit einer Gleichstromquelle 56 in Verbindung. Die durch die Gleichstromquelle 56 erzeugte Spannung muß genügend hoch sein, um den Transistor S2 in seinen leitenden oder Sättigungszustand zu steuern, wenn sie an die Basis des Transistors 52 angelegt ist. Demgemäß wird, wenn die Spannung von dem Tor zu der Quelle des FET S2 hoch genug ist, um den FET S2 in den leiten­ den Zustand zu bringen, was während der Betriebsart A geschieht, die von der Gleichstromquelle 56 erzeugte Spannung an die Basis des Transistors 52 gelegt, und der Transistor S2 tritt in seinen leitenden Zustand ein, um den Verbraucher L mit der Betriebsspannung von der Wech­ selstromquelle zu beaufschlagen. Wenn die Spannung von dem Tor zu der Quelle des FET S2 nicht genügend hoch ist, um den FET S2 in seinen leitenden Zustand zu steuern, was während der Betriebsart B geschieht, so ist die Basis des Transistors S2 von der Gleichstromquelle 57 abge­ schaltet, und der Transistor S2 gelangt in seinen nicht leitenden Zustand, der die Zufuhr der Betriebsspannung von der Wechselstromquelle 56 zu dem Verbraucher L unter­ bricht.

Die Anode eines gesteuerten Siliciumgleichrichters oder SCR S3 der Schalteinrichtung 53 ist an die Leitung 509 angeschlossen. Die Kathode des SCR S3 steht mit dem nega­ tiven Ausgang 505 des Zweiwegbrückengleichrichters 55 über einen Widerstand R6 in Verbindung. Der Widerstand R6 wird zur Erzeugung einer Vorspannung an dem SCR S3 verwendet, die diesen in den nicht leitenden Zustand steuert. Das Tor des SCR S3 steht mit der auf hohem Poten­ tial liegenden Seite des Widerstands R6 und einer Lei­ tung 511 in Verbindung. Die Leitung 511 führt das Befehls­ signal von einem Steuerschaltkreis, welches den SCR S3 zündet und in den leitenden Zustand bringt. Eine Zener­ diode Z1 überbrückt die Leitungen 509 und 505 zum Schutz des SCR S3 und des FET S2.

Wenn das Tor des SCR S3 ein bestimmtes Befehlssignal, gewöhnlich einen Impuls, auf der Leitung 511 erhält, beginnt der SCR S3 zu leiten, was wiederum die Spannung zwischen dem Tor und der Quelle des FET S2 auf eine Höhe herabsetzt, die nicht mehr ausreicht, um den FET S2 in den leitenden Zustand zu bringen. Dies bewirkt, wie oben beschrieben, daß die Schalteinrichtung 51 in ihren zwei­ ten Zustand eintritt, in dem sie nicht leitet.

Wenn demgemäß der SCR S3 nicht leitet, leiten sowohl der FET S2 und der Transistor S1, und deswegen leitet die Schalteinrichtung 51, wobei die Betriebsspannung von der Wechselstromquelle 56 über den Zweiwegbrückengleichrich­ ter 55 an den Verbraucher L anliegt, und der Transistor S1 und der Treiber 11 befinden sich in ihrer Betriebs­ art A. Wenn das Tor des SCR S3 einen Befehlssignalimpuls auf der Leitung 511 empfängt, beginnt der SCR S3 zu lei­ ten und schaltet daher die Schalteinrichtung 53 ein, die Schalteinrichtung 51 aus, wobei die Betriebsspannung an dem Verbraucher L von der Wechselstromquelle 56 abge­ schaltet wird und sich der Treiber 11 in seiner Betriebs­ art B befindet. Sobald der Treiber 11 in seine Betriebs­ art B eintritt, beginnt der Gleichrichter C1, die von dem Verbraucher L erzeugte Induktionsspannung aufzunehmen. Wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Verbraucher L auf Grund der Induktionsspannung und der Wechselstromquelle eine Höhe erreicht, die nicht ausreicht, um einen Strom durch den SCR S3 zum Aufrechterhalten des leitenden Zustands fließen zu lassen, schaltet der SCR S3 ab, die Schalteinrichtung 53 schaltet ab, die Schalteinrichtung 51 schaltet sich selbsttätig ein, die gesamte Betriebsspannung wird wieder an den Verbraucher L gelegt, und der Treiber 11 tritt wieder in die Betriebsart A ein. Die Höhe der Potential­ differenz zwischen der Wechselstromquelle und der Spannung über dem Verbraucher L, welche den SCR S3 aus dem leiten­ den Zustand bringt, muß niedrig genug sein, um schädliche Stromänderungen zu vermeiden, wenn die Betriebsspannung wieder an den Verbraucher L angelegt wird, weil der Trei­ ber 11 von der Betriebsart B in die Betriebsart A schal­ tet. Der Nulldurchgangszweig 54 sorgt dafür, daß Versor­ gungsspannung nur zu Beginn der ersten Halbwelle den Treiber 11 beaufschlagt.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Steuereinrichtung 10 dar, in der der bevorzugte Treiber 11 Verwendung findet, um eine oder mehrere Gasentladungs­ lampen zu steuern. Die Steuereinrichtung 10 veranlaßt den Treiber 11, um die Wechselstromquelle 13 wiederholt an den Verbraucher L an- und abzuschalten. Die Zeitdauer, während der die Wechselstromquelle 13 von dem Verbrau­ cher L während jeder Periode der von der Wechselstromquelle 13 abgegebenen Spannung abgeschaltet ist, bestimmt, in welchem Maße die Lampenabdunkelung erfolgt und welche Energieerspanis demgemäß erzielt wird. Je länger die Wechselstromquelle von dem Verbraucher L abgeschaltet ist, um so weniger Licht wird von dem Verbraucher L erzeugt und um so größer ist die bewirkte Energieersparnis. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Wechselspannung immer während der positiven oder negativen Spannungsspitze jeder Halbperiode an den Verbraucher L gelegt, um sicher­ zustellen, daß die Zündspannung immer die Lampen des Ver­ brauchers L beaufschlagt. Demgemäß legt die Steuerein­ richtung 10 eine sinusförmige Spannung mit Lücken oder Ausschnitten an den Verbraucher L, welch letztere erzeugt werden, wenn die Steuereinrichtung die Wechselstromquelle von dem Verbraucher L trennt. Je größer die Breite der Lücke während jeder Periode der Wechselspannung ist, um so geringer ist die Lichtabstrahlung und um so größere Energieersparnis wird erzielt. In dem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel wird die Wechselstromquelle zu Anfang in einer Halbperiode ausgeschaltet, d. h. wenn zum erstenmal der Treiber 11 von der Betriebsart A in die Betriebsart B während einer Halbperiode schaltet, über den 90° Phasen­ winkel hinaus, um zu gewährleisten, daß die richtige Zünd­ spannung während jeder Halbperiode an den Verbraucher L angeschaltet wird.

Aus der obigen Erörterung des Treibers 11 ergibt sich, daß der Winkel, bei dem der Treiber 11 von der Betriebs­ art B in die Betriebsart A schaltet, von dem Winkel be­ stimmt wird, bei dem die Potentialdifferenz zwischen dem Verbraucher L entsprechend der Induktionsspannung, und der Wechsel­ stromquelle auf eine vorbestimmte Höhe herabgesetzt ist. Deswegen wird die Breite der Lücke, die in dem Versor­ gungswechselstrom erzeugt wird, von dem Winkel bestimmt, bei dem der Treiber 11 zunächst von der Betriebsart A in die Betriebsart B während jeder Halbperiode schaltet. Die Steuereinrichtung 10 und die Eingaben in diese, welche die gewünschten Lichtausbeuten des Verbrauchers L bestim­ men, müssen geeicht werden, um die gewünschte Beleuchtung zu erzielen.

Der elektrischer Verbraucher L, der wenigstens eine Gas­ entladungslampe umfaßt, steht über eine Leitung 15 und den Treiber 11, eine Leitung 17 und einen Nulldurchgangs­ zweig 18 sowie eine Leitung 20 mit einer Stromversor­ gungsquelle 13 in Verbindung. Die Leitung 15 ist die Rückleitung und eine Leitung 25 ist die Hauptversorgungs­ leitung. Die Stromversorgungsquelle 13 kann beispiels­ weise nach der Transformatorbauart oder der Bauart einer kapazitiven Ladungspumpe realisiert sein. Durch die Strom­ versorgungsquelle 13 wird eine Gleichspannung B⁺ auf einer Leitung 19 dem Steuerkreis 21 und zu dem Treiber 11 über den Steuerschaltkreis 21 zugeführt. Die Spannung B⁺ kann von der in Fig. 2A gezeigten Gleichstromquelle 57 gelie­ fert werden. Der Steuerschaltkreis 21 wird auch mit einer Wechselsynchronisationsspannung auf der Leitung 23 beauf­ schlagt, die synchron zu der Wechselbetriebsspannung auf den Eingangsleitungen 25 und 15 der Stromversorgungs­ quelle 13 verläuft. Ein angemessenes Erdungssystem wird durch eine Leitung 27 verwirklicht. Eine EMS Schnitt­ stellensteuerung 35 kann Befehle liefern, die zu der ge­ wünschten Lichtausgangsleitung des Verbrauchers L zuge­ ordnet sind. Diese Befehle verlaufen entlang einer Lei­ tung 28 zu dem Steuerschaltkreis 21. Statt dessen kann eine unmittelbare Lichteingabe, welche die gewünschte Lichtabgabe des Verbrauchers L darstellt, in eine licht­ empfindliche Einrichtung eingespeist werden. Dies ist durch eine unterbrochene Linie 33 angezeigt, welche die Lichtbefehle in elektrische Befehlssignale umwandelt.

Der Steuerschaltkreis 21 ist ein Phasensteuerschaltkreis, der den Treiber 11 mit einem Steuersignal beaufschlagt. Der Steuerschaltkreis 21 empfängt das Wechselstromsynchro­ nisationssignal auf der Leitung 23 und verwendet es, um ein Sägezahnsignal zu erzeugen, dessen Frequenz doppelt so hoch wie diejenige des Wechselstromsynchronisations­ signals auf der Leitung 23 ist. Der Steuerschaltkreis 21 vergleicht das Sägezahnsignal mit dem externen Steuer­ signal, das bei 29 oder 37 eingespeist wird, wie im fol­ genden erklärt wird, um ein Befehls- oder Steuersignal über eine Leitung 31 an den Treiber 11 abzugeben. Das Befehlssignal, mit dem der Treiber 11 auf der Leitung 31 beaufschlagt wird, stellt eine Spannungsphasenverzö­ gerung dar, d. h. den Winkel, bei dem der Treiber 11 zu­ nächst von der Betriebsart A in die Betriebsart B in jeder Halbwelle schaltet. Eine Spannungsphasenverzögerung von 90° stellt die bevorzugte maximale Herabsetzung der Spannung an dem Verbraucher L dar, während eine Vergrö­ ßerung der Phasenverzögerung bis um 180° zum Beispiel ein Minimum der Spannungsherabsetzung bedeutet.

Die EMS Schnittstellensteuerung ist eine Einrichtung zur Energieverteilung, welche die Lichtsteuerung für mehr als eine Steuereinrichtung 10 koordiniert.

Das externe Steuersignal, das auf der Leitung 29 vorge­ sehen ist, wird in eine analoge Gleichspannung umgesetzt, welche den Steuerschaltkreis 21 in die gewünschte Pha­ senwinkelverzögerung umsetzt. Im Falle einer Spannungs­ phasenverzögerung von 90° wäre die Gleichspannungshöhe gleich der Hälfte der Spitzenspannung des Sägezahnsignals des Steuerschaltkreises 21. Der Steuerschaltkreis 21 ver­ gleicht das Befehlssignal auf einer Leitung 38 mit dem Sägezahnsignal. Jedesmal, wenn das Sägezahnsignal das Befehlssignal überschreitet, liefert der Steuerschalt­ kreis 21 einen Impuls an den Treiber 11, der den Treiber zum Abschalten der Wechselstromversorgungsquelle 13 von dem Verbraucher L veranlaßt. Je höher der Betrag des Befehlssignals auf der Leitung 38 ist, um so schmaler ist die in jeder Periode der Betriebsspannung erzeugte Lücke, mit der der Verbraucher L beaufschlagt wird und um so größer ist die von dem Verbraucher L erzeugte Helligkeit.

Der Nulldurchgangszweig 18 ist konventionell aufgebaut und sorgt dafür, daß beim Start die Stromversorgung an dem Treiber zu Beginn einer Halbwelle und das Abschalten des Treibers am Ende einer Halbwelle erfolgt. Wenn zu dem Treiber 11 bereits ein integrierter Nulldurchgangs­ zweig gehört, beispielsweise der Schaltkreis 54 in Fig. 2A, so ist der Nulldurchgangszweig 18 nicht erforderlich.

Die Fig. 2B bis 2G zeigen im einzelnen Strom- und Spannungswellenformen für die beiden Betriebsarten des Treibers 11. Mit den durchgezogenen Linien ist in jenen Figuren folgendes dargestellt: Fig. 2B zeigt den durch den Widerstand R2 fließenden Strom; Fig. 2C zeigt den Strom, der durch den Widerstand R4 fließt; Fig. 2D zeigt den durch den Widerstand R5 fließenden Strom, und Fig. 2E zeigt den Strom, der durch den Widerstand R1 fließt. Die in unterbrochenen Linien dargestellten Wellenformen zeigen in den Fig. 2B bis 2E die Spannung, die über den Verbraucher auftritt. Die durchgezogene Linie, die in Fig. 2F gezeigt ist, stellt die über den SCR S3 in Betriebsart B zum Abschalten bei 90° dar; die unter­ brochene Linie in Fig. 2F stellt die Spannung über den Verbraucher in den Betriebsart B zum Abschalten bei 90° dar; die gepunktete Linie in Fig. 2F stellt hundertpro­ zentiges Einschalten oder fortlaufende Betriebsart A dar.

Fig. 2G zeigt die an dem Verbraucher L angelegte Spannung und zeigt die Lücken, die in der Wechselstromversorgungs­ spannung für 30%, 50% und 75% Beaufschlagung durch die Wechselstromversorgungsspannung vorgesehen sind. Die unterbrochene Linie in Fig. 2G zeigt eine Beaufschlagung mit 100% Wechselstromversorgungsspannung.

Andere Ausführungsformen des Reglers nach der vorliegen­ den Erfindung sind in den Fig. 3, 4, 5 und 6 gezeigt. Auch dort können die Größen verschiedener Bauteile, die in diesen Ausführungsformen vorgesehen sind, abgeändert werden, um unterschiedlichen Anwendungen und Erforder­ nissen zu genügen.

In jeder abgeänderten Ausführungsform, die in Fig. 3, 4, 5 und 6 dargestellt sind, ist der Verbraucher L als induktiver Verbraucher gezeigt, zu dem ein Konden­ sator in Reihe zu einer Wechselstromquelle liegt. Jedoch kann der Regler auch mit einem Ohmschen Verbraucher durch Entfernen des Kondensators verwendet werden. Die Betriebs­ weise und Funktion jedes der in den Fig. 3-6 darge­ stellten Treibers ist mit denjenigen des Treibers 11 mit den nachfolgenden Ausnahmen identisch. Fig. 3 zeigt einen Treiber 110 mit einem ersten Schalter, FET 151, der durch einen zweiten Schalter 153 betätigt wird. (Dem ersten und dem zweiten Schalter entsprechen in der voran­ gehenden Beschreibung die erste und die zweite Schalt­ einrichtung.) Da der Treiber 110 zur Verwendung mit einer Steuereinrichtung entworfen ist, die höchstens zwei Lampen steuert, kann der FET 151 den verhältnismäßig geringen Strom steuern, der den Verbraucher L beauf­ schlagen muß. Dementsprechend wird der in Fig. 1 mit Ss bezeichnete Transistor nicht benötigt. Weiterhin stellt der Treiber 110 andere Mittel zum Einschalten des Schal­ ters 153 dar. Der Schalter 153 ist ein Photo-SCR, der auf direkten Lichteinfall anspricht, wie bei dem Bezugs­ zeichen 155 in Fig. 3 dargestellt. Weiterhin benötigt der Treiber 110 keine getrennte Gleichstromversorgung und liegt in Reihe zu dem Vertraucher L.

Fig. 4 zeigt einen Treiber 210, der zur Verwendung mit einer Steuereinrichtung entworfen ist, welche den Betrieb von etwa 2 bis 8 Lampen steuert. Der Treiber 210 umfaßt eine erste Schalteinrichtung 251 und eine zweite Schalteinrichtung 253. Die Schalteinrichtung 251 benötigt einen Transistor Q1, um die Schalteinrichtung in die Lage zu versetzen, den höheren Strom zu steuern, der an den Verbraucher mit 2 bis 8 Lampen geliefert werden muß. Die Schalteinrichtung 253 ist wiederum ein Photo-SCR, der mit Licht beaufschlagt und gesteuert wird.

Fig. 5 zeigt einen Treiber 310, der zur Verwendung in einer Steuereinrichtung entwickelt ist, welche den Be­ trieb von mehr als 8 Lampen steuert. Ein Widerstand R1 muß vorgesehen werden, um saubere Schaltvorgänge des Transistors Q1 trotz der erhöhten Stromaufnahme des Ver­ brauchers L zu gewährleisten.

Fig. 6 zeigt einen Treiber 610, der dem Treiber 110 ähnelt. Jedoch umfaßt der Treiber 610 ein Potentiometer 612, welches eine unmittelbare manuelle Einstellung der Lichtstärke und Energieersparnis gestattet.

Keiner der in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Treiber benötigt eine externe Gleichstromquelle. Weiterhin sind diese Treiber in Reihe mit der Rückleitung oder Haupt­ versorgungsleitung der Wechselstromversorgungsquelle 13 verdrahtet und benötigen nicht die Zuführung beider Wechselstromleitungen. Deswegen kann jeder der Treiber 110, 210, 310 und 610 in einer Steuereinrichtung verwen­ det werden, die der Steuereinrichtung 10 gleich ist, wobei jedoch die B⁺-Leitung entfällt.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrischen Verbrau­ chers (L) mit einer Wechselspannung, welche eine erste elektronische Schalteinrichtung (51; 151; 251) aufweist, die mit dem Verbraucher in Wirkverbindung steht und in einem ersten Betriebszustand den Verbraucher mit der Wechselspan­ nung beaufschlagt oder in einem zweiten Betriebszustand die Wechselspannung von dem Verbraucher abschaltet, wobei eine zweite elektronische Schalteinrichtung (53; 153; 253) mit der ersten elektronischen Schalteinrichtung (51; 151; 251) in Wirkverbindung steht, um den Übergang von der er­ sten elektronischen Schalteinrichtung zwischen den zwei Betriebszuständen zu steuern, wobei die zweite elektronische Schalteinrichtung wahlweise zwischen einem ersten Zustand, und einem zweiten Zustand, in dem die erste elektronische Schalteinrichtung ihren ersten bzw. zweiten Betriebszustand annimmt, schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektronische Schalteinrichtung (53; 153; 253) zur selbsttätigen Rückstellung in den ersten Zustand ausge­ bildet ist, wenn eine vorbestimmte elektrische Potential­ differenz zwischen der zugeführten Wechselspannung (von der Wechselspannungsquelle 56) und dem Verbraucher (L) vorliegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte elektrische Potential­ differenz ungefähr 0 ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (L) ein induktiver ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Zweiwegbrückengleichrichter (55), an den wechselspannungsseitig die Wechselspannungsquelle (56) in Reihe mit dem induktiven Verbraucher und parallel dazu ein Kondensator und gleichspannungsseitig die erste elektronische Schalteinrichtung (53; 153; 253) angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektronische Schalteinrichtung (53; 153; 253) von einem externen Befehlssignal von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand schaltbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Befehlssignal in die zweite Schalteinrichtung (53, 153, 253) nicht vor dem Auftreten von 90° jeder Wechselspannungshalbwelle einspeisbar ist, die von der Wechselspannungsquelle (56) erzeugt wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Befehlssignal durch einen Schaltkreis mit einer polykristallinen Siliconsolarzelle erzeugt wird.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Verbraucher wenigstens eine Gasentla­ dungslampe und einen Ballast umfaßt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Befehlssignalerzeuger (13, 21), der ein Befehlssignal zwischen etwa 90° und 180° jeder Wechselspannungshalbwelle erzeugt, die von der Wechsel­ spannungsquelle (56) abgegeben wird.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballast ein Ballasttransformator ist, dessen Primärwindung von der ersten elektronischen Schalteinrichtung in die Wechselspannungsquelle schaltbar ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektronische Schalteinrichtung ein gesteuerter Silizium­ gleichrichter ist, dessen Gate- Anschluß der Eingang für das Befehlssignal ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Siliziumgleichrichter lichtempfindlich ist, bei dem bei genügend starkem Licht das Befehlssignal an dem Gate anliegt.