DE3704511C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweidraht-Wechselstrom- Dimmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zweidraht-Wechselstrom-Dimmer dieser Ausführungsform sind bekannt (Patent Abstract of Japan zu JP 60-1 90 160 (A)). Sie enthalten als Steuerkreis einen sogenannten "Doppelphasensprung"-Zündstromkreis, der betriebsmäßig mit der Steuerelektrode des Triacs verbunden ist. Der Doppelpha­ sensprung-Zündstromkreis verwendet einen über das Triac gekoppelten Serien-RC-Kreis und einen Zündkondensator, der mit dem RC-Kreis über ein Potentiometer und mit der Steuerelektrode oder dem Toranschluß des Triacs über ein Diac verbunden ist. Dieser Kreis korrigiert im Hinblick auf schädliche Gleichströme, die bekanntlich durch Blindlasten wie beispielsweise die Primärwicklung eines Niederspannungs­ transformators entstehen, indem der Zündwinkel des Triacs in ausgewählten Halbperioden der Wellenform der Ver­ braucher-Wechselspannung in der nachfolgend beschriebe­ nen Weise eingestellt wird. Die Gleichspannungskomponen­ te tritt am Triac auf und damit auch am Korrekturkondensator, der bei den bekannten Schaltungen oft als "Führungskondensator" bezeichnet wird. Der Führungskon­ densator ist der Kondensator in dem oben erwähnten Serien-RC-Kreis. Da der Führungskondensator mit dem Zündkondensator über das Potentiometer verbunden ist, wird die Gleichspannung am Führungskondensator zur Spannung am Zündkondensator addiert und der Zündwinkel wird so verändert, daß der Gleichstrom eliminiert wird.

Während mit dem oben erwähnten Zweidraht-Dimmer eine Lösung des Gleichstromproblems, das bekanntlich bei Blindlastkreisen existiert, möglich ist, besitzt der Kreis eine schlechte Spannungsregelung. Das bedeutet, daß es nicht möglich ist, den Effektivwert der an den Verbraucher angelegten Wechselspannung bei Schwankungen der Speise-Wechselspannung im wesentlichen konstant zu halten. Es ist bekannt, einen derartigen Zweidraht- Dimmer (US-PS 38 72 374, Fig. 3) so zu modifizieren, daß er eine gute Spannungsre­ gelung ermöglicht, indem der Führungskondensator durch einen Diac ersetzt wird (US-PS 38 72 374, Fig. 4). Der modifizierte Kreis jedoch ist nicht in der Lage, im Hinblick auf das Gleichstrom­ problem Korrekturen vorzunehmen, sobald der Korrektur- oder Führungskon­ densator entfernt ist.

Es sind weiterhin Dreidraht-Dimmer bekannt. In einen Dreidraht-Dimmer sind zwei Drähte direkt mit der Wech­ selspannungsquelle verbunden und der Zündwinkel wird durch die Spannung über der Wechselspannungsquelle bestimmt. Auf diese Weise wird der Zündwinkel nicht durch über den Verbraucher fließenden Gleichströme beein­ flußt. Es ist dem Durchschnittsfachmann bekannt, einen spannungsregelnden Diac in den Zündstromkreis des Drei­ draht-Dimmers einzufügen. Ein derartiger Dreidraht- Dimmer besitzt eine gute Spannungsregelung und das Gleichstromproblem tritt nicht auf. Dreidraht-Dimmer jedoch sind unerwünscht, weil drei Drähte (Wechsel­ spannungsanschluß, neutraler Anschluß und Verbraucheran­ schluß) zu jeder Wanddose geführt werden müssen, so daß zusätzliche Installationskosten erforderlich sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Zweidraht-Dimmer zu schaffen mit dem sowohl eine Gleichstromkorrektur als auch eine Spannungsregelung erreicht wird, wobei die Anzahl der gegenüber einer einfachen Phasenausschnittsteuerung notwendigen zusätzlichen Schaltungselemente möglichst gering sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den Merkmalen aus dem kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausfüh­ rungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist mit Vorteil auf Niederspannungs­ dimmersysteme anwendbar, bei denen der Verbraucher ein Niederspannungstransformator ist. Die Erfindung kann aber auch bei anderen Verbrauchertypen angewendet weren wie beispielsweise bei Leuchstoffröhren-Beleuchtungs­ systemen.

Bei dem erfindungsgemäßen Dimmer ist zur Regelung des Effektivwertes der an den Verbraucher angelegten Wech­ selspannung eine Spannungskompensationseinrichtung vorge­ sehen, die aus einem Diac mit einer solchen negativen Widerstandscharakteristik besteht, daß die durch den Diac dem Steuerkreis zugeführte Spannung den Zeitverlauf der Steuersignale ändert und damit den Zündwinkel der Triacs, wenn Schwankungen in der Speisewechselspannung auftreten, wodurch der Effektivwert der an den Verbrau­ cher angelegten Wechselspannung im wesentlichen konstant bleibt. Dieser Kompensationseffekt tritt auf, solange der Wert der Speisewechselspannung größer ist als die Kippspannung des Diac.

Der Kreis enthält außerdem eine Korrektureinrichtung zur Korrektur von Asymmetrien in der Wellenform der Verbrau­ cher-Wechselspannung, welche den über den Ver­ braucher fließenden Gleichstrom hervorruft. Die Korrektureinrichtung korrigiert die Asymmetrien durch Vorwärts- oder Rückwärtssetzen des Zündwinkels in aufeinanderfolgenden Halbperioden bis die Wellenform der Verbraucher-Wechselspannung im wesentli­ chen symmetrisch ist, wodurch der durch den Verbraucher fließende schädliche Gleichstrom reduziert wird.

In der Korrektureinrichtung ist der Korrekturkondensator in Serie mit dem die Spannungsschwankungen kompensierenden Diac angeordnet. Der Korrekturkondensator wird über den durch den die Spannungsschwankungen kompensierenden Diac fließenden Strom auf einen Spannungspegel aufgeladen, der die Größe und Richtung des durch den Verbraucher fließenden Gleichstroms anzeigt. Die Spannung am Korrekturkondensa­ tor wird in Serie mit der Spannung am Diac angelegt zur effektiven Einstellung der Spannung am Zündkondensator, wodurch der Zündwinkel in jeder der aufeinanderfolgenden Halbperioden vor- und zurückgesetzt wird.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Zweidraht-Dimmer nach dem Stand der Technik sowie Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines bekannten Zweidraht- Niederspannungs-Dimmers;

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines bekannten Zweidraht-Niederspannungs-Dimmers;

Fig. 3, 4 und 5 zeigen Spannungswellenformen, darge­ stellt zum Zweck der Beschreibung der Wirkungs­ weise der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungs­ form eines Zweidraht-Niederspannungs-Dimmers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform eines Zweidraht-Niederspannungs- Dimmers gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist in einem Block­ schaltbild ein übliches Zweidraht-Niederspannungs-Dim­ mersystem dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Dimmersystem 10 besitzt einen Zweidraht-Dimmer 12, der lediglich ein Paar von Drähten 26, 28 aufweist, die den Kreis in Serie mit der Primärwicklung 20 eines Transformators 23 und einer Speise-Wechselspannungs­ quelle 18 verbinden. Der Dimmer 12 besitzt einen Triac 16 sowie einen mit diesem verbundenen Steuerkreis 14 zur Zuführung von Steuersignalen an das Gate 17 zur selekti­ ven Leitendsteuerung des Triacs 16. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, steuert der Zeitverlauf der Steuersignale und somit der Zündwinkel des Triacs den Effektivwert der an den Verbraucher angelegten Wechsel­ spannung. Der in Fig. 1 dargestellte Dimmer 12 steuert die Niederspannung an einer mit der Sekundärwicklung 22 verbundenen Lampe 24.

Wie bekannt, wird der Zündwinkel des Triacs 16 durch den momentanen Wert der Spannung am Steuerkreis 14 und damit an den Drähten 26, 28 gesteuert. Auf diese Weise kann der Zündwinkel durch Gleichströme beein­ flußt werden, die durch die Primärwicklung 20 fließen und den Transformator 23 aufmagnetisieren. Die Größe dieser Gleichströme kann wesentlich werden und die weiter unten beschriebene Pro­ bleme verursachen.

Der problematische Gleichstrom kann durch eine Anzahl von Faktoren hervorgerufen sein. Wenn beispielsweise die Lampe 24 oder ein anderer mit der Sekundärwicklung 22 des Transformators 23 verbundener Verbraucher durch­ brennen (also ein offener sekundärer Stromkreis entsteht), kann die Größe des durch die Primärwicklung 20 fließenden mag­ netisierenden Gleichstromes signifikant verglichen mit dem Effektivwert des durch die Primärwicklung 20 fließenden Wechselstroms werden. Zusätzlich ist es denkbar, daß die Zufuhr von Wechselstromleistung zum Kreis 10 plötzlich unterbrochen werden könnte zu einem Zeitpunkt, in dem die Wellenform der Wechselspannung bei oder nahe bei 0 liegt nach einer positiven oder negati­ ven Halbperiode. Wenn in dem Augenblick des Wiederein­ setzens der Wechselstromleistung die Wellenform der Wechselspannung wiederum bei oder nahe bei 0 einer Halb­ periode der gleichen Periode liegt, die beim Aussetzen der Leistung vorhanden war, kann das magnetische Mate­ rial im Kern des Transformators 23 gesättigt werden und bewirken, daß der Transformator den Strom in einer Rich­ tung leichter leitet als in der anderen Richtung. Dieses verzögert den Zündwinkel des Triacs 16 in einer Halbperiode der Wellenform der Wechselspannung (siehe Fig. 5), was den Transformator 23 veranlaßt, noch stärker zu polarisieren. Die Rückkopplungsnatur dieser Erscheinung führt zu dem Gleichstromproblem.

Fig. 2 zeigt schematisch einen bekannten Zweidraht- Dimmer 52, wie er in dem Patent Abstract of Japan zu JP 60-1 90 160 (A) und in der US-PS 38 72 374, Fig. 3 dargestellt ist. Der in Fig. 2 dargestellte Kreis 52 verwendet einen Typ eines Steuerkreises zur Erzeugung von Steuersignalen, der als "Doppelphasensprung-Zünd­ kreis" bekannt ist. Der Doppelphasensprung-Zündkreis besitzt einen Widerstand 54, einen Führungskondensator 56, einen Potentiometer/Trimm-Kreis 58, einen Zündkon­ densator 60 und einen Diac 62. Die Wirkungsweise dieses Kreises ist ebenfalls bekannt.

Der Zweidraht-Dimmer nach Fig. 2 besitzt nicht die oben diskutierten Probleme hinsichtlich des durch den Verbraucher fließenden Gleichstroms, wenn die Charak­ teristik des Triacs 64 nach bestimmten Kriterien ausge­ wählt ist, die weiter unten beschrieben werden. Wenn eine Gleichspannungskomponente am Triac 64 auftritt, erscheint diese auch am Führungskondensator 56. Wenn der Führungskondensator 56 über den Potentiometer/Trimm- Kreis 58 mit dem Zündkondensator 60 verbunden ist, korrigiert die Gleichspannung am Führungskondensator 56 den Zündwinkel des Triacs 64 in aufeinanderfolgenden Halbperio­ den der Wellenform der Verbraucher-Wechselspannung. Die Wirkung der Veränderung des Zündwinkels auf diese Weise und eine Erklärung wie dies das Gleichstromproblem löst, wird weiter unten erläutert werden.

Während eine geeignete Auswahl der Charakteristik des Triacs 64 sicherstellt, daß bei dem Kreis nach Fig. 2 das weiter oben beschriebene Gleichstromproblem nicht auftritt, besitzt dieser Kreis einen anderen Nachteil. Der Kreis nach Fig. 2 ist nicht fähig, den Mittelwert der an den Verbraucher angelegten Wechselspannung bei Schwankungen der Speisewechselspannung im wesentlichen konstant zu halten. Eine derartige spannungsregelnde Eigenschaft ist bei einem Zweidraht-Gleichstromkompen­ sierenden-Dimmer ebenfalls wünschenswert.

Es wurden schon früher Versuche unternommen, den Kreis nach Fig. 2 so zu modifizieren (vgl. US-PS 38 72 374, Fig. 4), daß er die gewünschte spannungsregelnde Funktion ausübt. Eine derartige Modi­ fikation besteht darin, den Führungskondensator 56 durch ein Diac zu ersetzen, so daß die dem Potentiometer-/ Trimm-Kreis 58 während des Zeitraums, in dem der Diac leitet, aufgeprägte Spannung in der Weise variiert, daß der Zündwinkel modifiziert wird zur Kompensation der Veränderung der Speisewechselspannung. Diese Modifika­ tion führt bei einem Zweidraht-Dimmer dazu, daß er spannungsregelnd arbeitet, solange die Wechselspannung sich nicht bis unter die Kippspannung des Diacs ändert. Aber der aus dieser Modifikation erhaltene Dimmer ist nicht fähig, den durch den Verbraucher fließenden Gleichstrom zu korrigieren, weil der Führungskondensator 56 entfernt worden ist. Die nachfolgende Erörterung erklärt, warum dies so ist. In der nachfolgenden Erörterung ist der Ausdruck "mo­ difizierter Kreis" für den Kreis nach Fig. 2 gebraucht, um darauf hinzuweisen, daß er in der oben beschriebenen Weise durch Ersetzen des Führungskondensators 56 durch einen Diac modifiziert worden ist.

Anhand der in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Wellen­ formen sind Beziehungen zwischen der Speisewechsel­ spannung (74, 74′, 74′′), der Verbraucherwechselspannung (76, 76′, 76′′), dem Verbraucherwechselstrom (78, 78′, 78′′) und der am Triac liegenden Wechselspannung (80, 80′, 80′′) dargestellt. Wie in jeder der Figur darge­ stellt, wird die Verbraucherwechselspannung (76, 76′, 76′′) durch das Triac 64 in bekannter Weise zer­ hackt, um eine Spannung mit einem gewünschten Mittelwert zu erhalten. Wie ebenfalls bekannt, führt die Einstellung des Zündwinkels am Triac 64 zu einer entsprechenden Einstellung des Mittelwertes der an den Verbraucher angelegten Wechselspannung.

Fig. 3 zeigt verschiedene Wellenformen der Speisewech­ selspannung 74, der Verbraucher-Wechselspannung 76 und des Verbraucherstroms 78 bei einer rein ohmschen Widerstandsbe­ lastung, die an den modifizierten Kreis der Fig. 2 angeschlossen sein kann. Wie man sieht, liegen alle Wellenformen im wesentlichen in Phase und sind symme­ trisch einschließlich der Wellenformen 80, welche die Wechselspannung am Triac 64 darstellt. Aus diesem Grunde ist die Funktion des Kreises nach Fig. 2 akzeptabel, wenn er mit einer rein ohmschen Widerstandslast betrieben wird.

Fig. 4 zeigt die gleichen Wellenformen, die entstehen, wenn der modifizierte Kreis nach Fig. 2 mit einem Ver­ braucher verbunden wird, der zum größten Teil ohmsche Wider­ standskomponenten, aber bis zu einem gewissen Grade induktive Komponenten aufweist. Wie dargestellt, bewirkt die induktive Komponente eine Wellenform 78′ für den Wechselstrom, die in bezug auf die Wellenform 76′ der Verbraucherwechselspannung leicht phasenversetzt ist. Alle Wellenformen sind aber symmetrisch. Aus diesem Grunde ist der modifizierte Kreis nach Fig. 2 auch akzeptabel, wenn die induktiven Komponenten des Verbrau­ chers klein sind.

Fig. 5 zeigt, warum der modifizierte Kreis von Fig. 2 nicht akzeptabel ist bei einer Verwendung mit Verbrau­ chern, die sowohl eine Widerstandskomponente als auch eine wesentliche induktive Komponente besitzen, wie beispielsweise einen Transformator als Verbraucher. Wie­ derum ist der Verbraucherwechselstrom 78′′ gegenüber der Wellenform 76′′ der Verbraucherwechselspannung leicht phasenverschoben. Sättigung des magnetischen Materials im Verbraucher (Transformator) kann dazu führen, daß der Verbraucher den Strom in einer Richtung leichter leitet als in der anderen und dadurch bewirkt, daß der Verbrau­ cherwechselstrom 78′′ während des Zeitabschnittes, in dem die Verbraucherwechselspannung 76′′ abnimmt, auf einen abnorm hohen Wert anwächst an einer Stelle, die in Fig. 5 mit 84 bezeichnet ist. Da der Triac 64 eine stromempfindliche Vorrichtung ist, bleibt er solange nicht nichtleitend bis die Verbraucherspannung 76′′ genügend abgesunken ist, um den Verbraucherwechselstrom 78′′ unter den Haltestrom des Triacs zu drücken und damit den Triac nichtleitend zu steuern, wie dies in Fig. 5 mit "a" angedeutet ist. Der sich ergebende Effekt besteht, wie in Fig. 5 dargestellt, darin, daß der Gleichstrom dazu führt, daß der Zündwinkel des Triacs 64 während der wiederkehrenden positiven oder negativen Halbperiode wesentlich verschoben ist, was dazu führt, daß der Wert des Verbraucherwechselstromes auf abnorme Werte an­ wachsen kann.

Da dieses Phänomen nur während der wiederkehrenden positiven oder negativen Halbperiode auftritt und nicht über den Zeitabschnitt einer vollen Periode (man ver­ gleiche t 1 mit t 2 in Fig. 5) wird die Wellenform 76′′ asymmetrisch. Wie ebenfalls in Fig. 5 dargestellt, bewirkt die Verschiebung des Zündwinkels während der wiederkehrenden Halbperioden, daß die Wechselspannung 80′′ am Triac 64 in einer Halbperiode größer ist als in der vorhergehenden Halbperiode entgegengesetzter Polari­ tät. Weiterhin kann gesehen werden, daß die Spannung am Triac 64 während der positiven Halbperiode kleiner ist als die Spannung während der negativen Halbperiode. Dies bedeutet, daß die am Verbraucher anliegende Spannung während positiver Halbperioden größer ist als während negativer Halbperioden, da die Verbraucherspannung gleich ist der Differenz zwischen der Speisespannung und der Spannung am Triac und beide Halbperioden der Speise­ wechselspannung im wesentlichen gleiche Mittelwerte besitzen. Wenn die Primärwicklung des Transformators, an dem die Verbraucherspannung anliegt, eine Spannung erhält, bei der der positive Wert größer ist als der negative Wert, tritt Sättigung in Richtung des positiven Stromes auf, was zur Folge hat, daß der Maximalstrom 84 noch weiter anwächst. Man sieht also, daß eine kleine Asymmetrie bei der Verbraucherspannung durch deren Einfluß auf die leitenden Zeitabschnitte des Dimmers einen positiven Rückkopplungseffekt auslöst, der zu einer fortlaufenden Verschlimmerung dessen führt, was zunächst nur eine kleine Anfangsstörung war, bis ein sehr viel größerer Wert des Maximalstroms 84 auftritt. Es muß davon ausgegangen werden, daß, wenn man zuläßt, daß der Maximalwert 84 des Verbraucherwechselstroms 78′′ unkontrolliert anwächst, eine Sicherung durchbrennen kann, oder ein Kreisunterbrecher öffnet, oder wenn die Temperaturen genügend hoch werden, Feuergefahr auftreten kann.

Die obige Erörterung dient lediglich erläuternden Zwecken und es wird darauf hingewiesen, daß das Gleich­ stromproblem, obwohl sein Auftreten während der positi­ ven Halbperioden beschrieben wurde, genau so gut während der negativen Halbperioden auftreten kann. Auf jeden Fall kann, wenn der Zündwinkel soweit notwendig, während der ausgewählten positiven oder negativen Halbperioden, in welchen ein Gleichstromproblem auftritt, beschleunigt oder verzögert wird, der potentiell schädliche Gleich­ strom eliminiert werden. Mit anderen Worten, wenn die Wellenform der an den Verbraucher angelegten Wechsel­ spannung symmetrisch gehalten werden kann oder in solcher Weise verändert wird, daß anstelle der oben beschriebenen positiven Rückkopplung eine negative Rückkopplung auftritt, so tritt das erwähnte Gleich­ stromproblem nicht auf. Ein Dimmerkreis zur Erfüllung dieser Funktion wird nachfolgend beschrieben:

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Dimmers nach der vorliegenden Erfindung. Er besitzt einen Hochfrequenz- Entstörkreis mit einem Widerstand 106, einem Kondensator 108 und einer Induktivität 116. Ein Steuerkreis zur Zufüh­ rung von Steuersignalen zum Gate-Anschluß eines ersten Triacs 124 besitzt einen Widerstand 110, einen Potentio­ meter/Trimm-Kreis 118, einen Diac 120 und einen Zündkon­ densator 122. In Serie mit dem ersten Triac 124 ist ein Widerstand 127 geschaltet. Ein zweiter Triac 125 ist mit dem Dimmer verbunden und sein Gate-Anschluß ist mit der Verbindung zwischen dem Wider­ stand 127 und dem Triac 124 verbunden.

Die in Fig. 6 dargestellte Doppel-Triac-Konfiguration überwindet mehrere bei Dimmern mit nur einem Triac auftretende Probleme. Bei einem Dimmer mit nur einem Triac muß der Triac für einen maximalen Verbraucherstrom ausgelegt sein und hat damit einen relativ hohen Halte­ strom. Wenn der Verbraucherstrom unter der Haltestrom sinkt, fällt der Triac aus dem leitenden Zustand und die Energiezufuhr zum Verbraucher wird abgschaltet. Deshalb kann kein Dimmer mit Verbraucherströmen unterhalb des Haltestroms betrieben werden. Weiterhin sind die Halte­ ströme für die beiden Richtungen des Stromflusses durch einen Triac nicht die gleichen. Diese Asymmetrie kann bei Niederspannungsdimmern, bei denen der Verbraucher eine wesentliche induktive Komponente besitzt, beispielsweise in Form eines Niederspannungstransformators, zu ernsten Problemen führen, indem sie ausreichend ist, den oben erwähnten positiven Rückkopplungsmechanismus zu aktivie­ ren, der beim Betrieb von bekannten Zweidraht-Nieder­ spannungs-Dimmerkreisen auftritt.

Bei dem Kreis nach Fig. 6 werden, wie oben erwähnt, dem Gate des ersten Triacs 124 Steuersignale zugeführt. Daher wird der Triac 124 leitend, wenn seinem Gate ein Steuer­ signal zugeführt wird und eine ausreichend große Spannung am Triac 124 anliegt. Der Triac 125 wird leitend ge­ steuert, wenn der Strom durch den Triac 124 und den Wider­ stand 127 einen Spannungsabfall am Widerstand 127 erzeugt, der ausreicht, um den Triac 125 zu zünden. Dieser Spannungsabfall beträgt bei einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel nominell 1 Volt. Wenn der Triac 125 sich ganz im leitenden Zustand befindet, ist die Spannung zwischen der Anode und dem Gate des Triacs 125 im wesentlichen 0 und durch den Triac 124 fließt kein signifikanter Strom mehr. Wenn der Strom durch den Triac 124 unter den Haltestrom absinkt, schaltet der Triac 124 ab und der Triac 125 übernimmt den vollen Verbraucherstrom des Dimmerkreises. Wenn der Verbraucherstrom durch den Triac 124 niedrig genug ist, ist der Spannungsabfall am Widerstand 127 nicht groß genug, um den Triac 125 in der oben beschriebenen Weise in den leitenden Zustand zu steuern. In diesem Falle wird der Triac 124 nicht wie oben durch den Triac 125 abgeschaltet, sondern übernimmt den vollen Verbraucher­ strom bis der Verbraucherstrom groß genug wird, um den Triac 125 leitend zu steuern.

Der Vorteil der Verwendung von zwei Triacs liegt, wie oben beschrieben, in der Möglichkeit, die Charakteristi­ ken der Triacs 124 und 125 unabhängig sowohl für Bereiche niedrigen als auch für Bereiche hohen Verbraucherstroms auszuwählen. Ein anderer Vorteil liegt in der Möglich­ keit, die Grenzen zwischen derartigen Betriebsbereichen durch Auswahl eines geeigneten Wertes für den Widerstand 127 zu definieren. Der erste Faktor, der die Charakte­ ristik des Triacs 125 bestimmt, ist die maximale Verbrau­ cherstromstärke des Dimmers, d. h. der Triac 125 muß in der Lage sein, den maximalen Verbraucherstrom zuver­ lässig zu leiten. Ein weiterer Faktor der Charakte­ ristik, der ausgewählt werden muß, ist der Haltestrom für jeden Triac. Der Haltestrom eines Triacs verändert sich stark innerhalb verschiedener Muster des gleichen Triactyps und außerdem mit der Temperatur und der Strom­ stärke. Im folgenden werden Überlegungen zusammenge­ stellt, die in Betracht gezogen werden müssen, wenn Triacs zur Verwendung in dem Kreis nach Fig. 6 ausge­ wählt werden. Die problematischste Betriebsbedingung eines Zweidraht-Niederspannungs-Dimmers, der einen Transformator als Verbraucher betreibt, tritt auf, wenn der Transformator unbelastet ist. Unter dieser Bedingung ist der Strom durch den leitenden Triac (im typischen Fall der Triac 124 in Fig. 6) sehr niedrig und kann für jede Halbperiode des Verbraucherwechselstromes nur wenig größer sein als der Haltestrom. In einem solchen Fall kann, wenn der Verbraucherstrom abzusinken beginnt, wie es gegen Ende jeder Halbperiode geschieht, der Triac aus dem leitenden Zustand fallen, bevor der Nulldurchgang der Verbraucherwechselspannung auftritt. Der Winkel, bei dem der Triac aus dem leitenden Zustand herausfällt, kann in der positiven und der negativen Halbperiode deutlich verschieden sein, wegen der oben erwähnten Asymmetrie des Haltestroms. Das Ergebnis dieser unter­ schiedlichen leitenden Zustände in jeder Halbperiode beseht darin, daß der Transformator eine Gleich­ spannungskomponente sieht und als Ergebnis davon in die Sättigung getrieben wird.

Der Haltestrom eines Triacs ist im allgemeinen in der Größenordnung von ¹/₁₀₀₀ der maximalen Stromstärke. Daher wird bei einem Triac mit 25 A Maximalstrom bei­ spielsweise ein Haltestrom von etwa 25 mA erwartet. Sogar dieser relativ niedrige Haltestrom kann ernsthafte Sättigungsprobleme am Transformator hervorrufen, denn der magnetisierende Spitzenstrom eines kleinen Nieder­ spannungstransformators kann in der Größenordnung von nur 40 oder 50 mA liegen. Wenn man einen Triac mit 0,8 A Maximalstrom verwenden könnte, wäre der Haltestrom in der Größenordnung von 0,8 mA, was relativ unbedeutend im Vergleich mit dem magnetisierenden Strom ist. Ein Triac mit 0,8 A Maximalstrom kann aber den erwünschten vollen Verbraucherstrom oder Einschaltgröße, die bei Dimmern üblich sind, nicht vertragen.

Wenn bei dem Kreis nach Fig. 6 der Wert des Widerstandes 127 zu ungefähr 5 Ohm gewählt wird, leitet nur der Triac 124, wenn der Verbraucherspitzenstrom kleiner als etwa 200 mA ist, d. h. es sind 200 mA erforderlich, um 1 Volt Spannungsabfall an einem Widerstand von 5 Ohm zu erzeu­ gen und dadurch den Triac 125 leitend zu steuern. Daher kann der Triac 124 für einen relativ niedrigen maximalen Verbraucherstrom ausgelegt sein, womit er, wie oben beschrieben, einen sehr niedrigen Haltestrom aufweist. Wenn der Verbraucherstrom über 200 mA anwächst, schaltet der Triac 125 ein und der Triac 124 schaltet ab, wie oben beschrieben. Der Triac 125 übernimmt den vollen Verbraucherstrom und sein relativ höherer Haltestrom ist bei diesen höheren Verbraucherströmen unwesentlich.

Das obige Beispiel, bei dem der Triac 124 auf 0,8 A und der Triac 125 auf 25 A ausgelegt ist, zeigt eine ty­ pische Auslegung. Der für den Widerstand 127 ausgewählte Wert hängt von den tatsächlichen Stromstärken ab, sollte aber im allgemeinen so gewählt werden, daß bei einem Strompegel von etwa ¹/₁₀ bis ½ der maximalen Strom­ stärke des Triacs 124 sich ein Spannungsabfall von 1 V ergibt. Dies stellt sicher, daß niedrige Verbraucher­ ströme nur durch den Triac 124 geleitet werden und daß hohe Verbraucherströme durch den Triac 125 geleitet werden.

Ein Diac 112 ist mit dem Steuerkreis und insbesondere mit dem Potentiometer/Trimm-Kreis 118, wie dargestellt, verbunden. Ein Korrekturkondensator 114 ist zwischen den Diac 112 und eine Seite des Dimmers in der dargestellten Weise geschaltet. Ein Widerstand 113 verbindet die andere Seite des Dimmers mit der Verbindung zwischen dem Diac 112 und dem Korrekturkondensator 114. Der Diac 112 liefert eine kompensierte Kippspannung an den Steuer­ kreis und insbesondere den Potentiometer/Trimm-Kreis 118, wenn sich der Diac im leitenden Zustand befindet.

Der Steuerkreis spricht auf Schwankungen der Speise­ wechselspannung und auf die Kippspannung an zur Ein­ stellung des Zündwinkels der Steuersignale und hält den Mittelwert der an den Verbraucher angelegten Wechsel­ spannung im wesentlichen konstant. Wie im obigen Bei­ spiel bleibt der Mittelwert der an den Verbraucher angelegten Wechselspannung solange konstant wie die Wechselspannung nicht unter die Kippspannung des Diacs herunterschwankt. Der Diac 112 übernimtt also bei dem Kreis nach Fig. 6 die spannungsregelnde Funktion.

Bei dem Kreis nach Fig. 6 enthält die Korrekturvorrich­ tung einen Kondensator 114, einen Widerstand 110, einen Diac 112 und einen Widerstand 113. Der durch den Wider­ stand 110, den Diac 112 und den Widerstand 113 fließende Strom lädt den Kondensator 114 auf einen Spannungswert auf, der die Größe und Richtung des durch den Verbrau­ cher fließenden Gleichstroms anzeigt. Die Spannung am Korrekturkondensator 114 wird in Serie zum Diac 112 gelegt und stellt so die am Zündkondensator 122 über den Potentiometer/Trimm-Kreis 118 liegende Spannung ein. Die Veränderung der am Zündkondensator 122 über den Poten­ tiometer/Trimm-Kreis 118 anliegende Spannung korrigiert den Zündwinkel in jeder aufeinanderfolgenden Halb­ periode. Dadurch werden Asymmetrien in der Wellenform der Wechselspannung ausgeglichen und der Gleichstrom im wesentlichen eliminiert.

Der Wert des bei dem Kreis nach Fig. 6 verwendeten Kondensators 114 muß groß genug sein, so daß nur eine relativ kleine Wechselstromimpedanz auftritt. Vorzugs­ weise sollte der Korrekturkondensator 114 so ausgelegt sein, daß er für Wechselstrom im wesentlichen einen Kurzschluß darstellt. Auf diese Weise sollte am Korrek­ turkondensator 114 nur eine kleine Brummspannung liegen.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 ist im wesentlichen identisch mit der Ausführungsform nach Fig. 6 mit der Ausnahme, daß der Kreis nach Fig. 7 als Ersatz für den Kondensator 114 zwei Elektrolyt- Kondensatoren 138, 140 verwendet, sowie zwei Dioden 134, 136. Diese Modifika­ tion macht es möglich, die räumliche Größe des Kreises minimal zu halten und erlaubt seine Anordnung in einer üblichen Wanddose. Im übrigen ist auf diesen Kreis die obige Erörterung bezüglich der Auswahl der Triacs an­ wendbar.

Claims (6)

1. Zweidraht-Wechselstrom-Dimmer mit zwei Verbraucheran­ schlüssen zum Serienanschluß an einen Verbraucher und eine Wechselspannungsquelle und mit einem in Serie zu den Verbraucheranschlüssen liegenden Triac (125), dessen Steuerelektrode von einem Steuerkreis erzeugte, sich zeitlich wiederholende Steuersignale zum selektiven Leitendsteuern des Triacs zugeführt werden, wobei der Steuerkreis ein Potentiometer (118) enthält sowie einen ersten Diac (120), der in Serie zwischen einen ersten Anschluß des Potentiometers (118) und der Steuerelektrode des Triacs geschaltet ist und einen Zündkonden­ sator (122), der zwischen die Verbindung des ersten Diac (120) mit dem ersten Anschluß des Potentiometers (118) und einen der Verbraucheranschlüsse geschaltet ist sowie einen zwischen die beiden Verbraucheranschlüsse parallel zum Triac geschalteten Korrekturzweig mit einem Korrekturkondensator (114) und einem ersten Widerstand (110) in Serie, wobei ein zweiter Anschluß des Potentiometers (118) mit einem Punkt zwischen erstem Widerstand (110) und Korrekturkondensator (114) des Korrekturzweigs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturzweig in Serie zum Korrekturkondensator (114) einen zweiten Diac (112) ent­ hält, dessen erster Anschluß mit dem ersten Widerstand (110) und dem zweiten Anschluß des Potentiometers (118) verbunden ist und dessen zweiter Anschluß mit dem Kor­ rekturkondensator (114) verbunden und über einen zweiten Widerstand (113) an den mit dem ersten Widerstand (110) verbundenen Verbraucheranschluß angeschlossen ist und der im leitenden Zustand eine Kippspannung besitzt, die während der leitenden Zeitabschnitte am Potentiometer (118) anliegt, wobei der zweite Diac (112) eine solche negative Widerstandscharakteristik aufweist, daß bei Schwan­ kungen der speisenden Wechselspannung der Effektiv­ wert der an den Verbraucher angelegten Wechselspan­ nung im wesentlichen konstant bleibt (Fig. 6).

2. Dimmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkondensator aus zwei gegeneinander geschal­ tete und durch gegeneinander geschaltete Dioden (134, 136) überbrückte Elektrolyt-Kondensatoren (138, 140) besteht (Fig. 7).

3. Dimmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein weiterer Triac (124) mit einem zu ihm in Reihe geschalteten dritten Widerstand (127) vorgesehen ist, wobei jeweils die ersten Hauptanschlüsse der beiden Triacs (124; 125) mit dem einen Ver­ braucheranschluß verbunden sind und der zweite Hauptan­ schluß des weiteren Triacs (124) und der Steuerelektrode des einen Triacs (125) und über den dritten Widerstand (127) mit dem anderen Verbraucheranschluß verbunden ist, während der zweite Hauptanschluß des einen Triac (125) direkt mit dem anderen Verbraucheranschluß verbunden ist und die Steuerelektrode des weiteren Triacs (124) mit dem ersten Diac (120) verbunden ist (Fig. 6).

4. Dimmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triacs (124, 125) unterschiedliche Halteströme aufweisen, wobei der Haltestrom des weiteren Triacs (124) wesentlich kleiner ist als der Haltestrom des einen Triac (125) (Fig. 6).

5. Dimmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triacs (124, 125) unterschiedlichen maximalen Strom ermöglichen, wobei der maximale Strom des weiteren Triacs (124) weniger als etwa ein Zehntel des maximalen Stroms des ersten Triac (125) beträgt.

6. Dimmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des dritten Widerstandes (127) so gewählt ist, daß am dritten Widerstand (127) eine Spannung von etwa 1 Volt abfällt, wenn der durch den weiteren Triac (124) fließende Strom zwischen ¹/₁₀ bis ½ seiner maximalen Stromstärke liegt.