DE3781004T2

DE3781004T2 - Vorrichtung zur begrenzung von stromstoessen.

Info

Publication number: DE3781004T2
Application number: DE8787300995T
Authority: DE
Inventors: Kazumi Masaki
Original assignee: Hayashibara Ken
Current assignee: Hayashibara Ken
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2007-02-05
Also published as: EP0242022B1; BR8700508A; JPS62185516A; DE3781004D1; KR900008980B1; CA1296759C; KR870008488A; EP0242022A1; US4800329A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstroms, beispielsweise zur Begrenzung des Einschaltstroms, der in einer Lampe beim Einschaltvorgang auftritt.
Der Widerstand eines kalten Glühfadens beträgt im wesentlichen 1/10 des Glühfadenwiderstandes in seinem glühenden Zustand. Die Energiebeaufschlagung des Glühfadens bei seiner Nennspannung verursacht daher einen hohen Einschaltstromstoß oder hohen Einschaltstrom im Glühfaden, wodurch der Glühfaden und/oder die Stromquelle beschädigt werden kann.
In den japanischen Patentveröffentlichungen 215,697/84, 215,696/84 und 230,298/84 ist offenbart, daß ein solcher Stromstoß wirksam durch die Verwendung einer Vorrichtung begrenzt werden kann, die einen gesteuerten Gleichrichter aufweist, dessen Hauptstrompfad parallelgeschaltet ist mit einem den Einschaltstrom begrenzenden Widerstand. Der gesteuerte Gleichrichter ist mit der Lampe in Serie geschaltet und seine Leitung ist durch eine Verzögerungschaltung so gesteuert, daß die Stromquelle die Lampe über den Widerstand für eine Zeitspanne beaufschlagt, die durch die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung vorgegeben ist.
Die Triggerspannung eines gesteuerten Gleichrichters verändert sich in hohem Maße mit Änderungen der Sperrschichttemperatur, beispielsweise von 0,9V bis 0,6V im Temperaturbereich zwischen -40ºC und 40ºC. Daher ist der Arbeitspunkt des gesteuerten Gleichrichters abhängig von der Umgebungstemperatur und bei einer relativ hohen Umgebungstemperatur kann eine Zerstörung infolge von Überhitzung die Lebensdauer des gesteuerten Gleichrichters verkürzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, den gesteuerten Gleichrichter stabil zu steuern, ohne selbst bei großen Umgebungstemperaturänderungen eine Überhitzung zu verursachen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstroms in einer Glühlampe vorgesehen, die einen ersten Widerstand aufweist, der mit der Glühlampe in einer Stromversorgungsschaltung in Serie geschaltet ist, um den Einschaltstrom in der Lampe zu begrenzen, eine torgesteuerte Gleichrichterschaltung mit einem Hauptstrompfad, der mit dem Widerstand parallel geschaltet ist, und eine Verzögerungsschaltung, die an die Stromversorgungsschaltung angeschlossen ist, um die gesteuerte Gleichrichterschaltung nach einer Zeitverzögerung zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Betriebs der gesteuerten Gleichrichterschaltung bei Variierung der Umgebungstemperatur und zur Vermeidung jeder Torüberhitzung in der gesteuerten Schaltung, die Schaltung aufweist einen ersten gesteuerten Gleichrichter zur Bildung des Hauptstrompfades über den ersten Widerstand und einen zweiten gesteuerten Gleichrichter mit einem Tor, das mit der Verzögerungsschaltung verbunden ist, und einem Ausgang, der mit einem Tor des ersten gesteuerten Gleichrichters verbunden ist, wobei der zweite gesteuerte Gleichrichter betriebsbereit ist bei einem relativ kleinen Strom im Verhältnis zu dem ersten gesteuerten Gleichrichter, um hierdurch eine unerwünschte Aufheizung des Tors des ersten gesteuerten Gleichrichters zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Fig. 1 die Schaltung bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Einschaltstrombegrenzung;
Fig. 2 die Schaltung bei einer Vorrichtung zur Strombegrenzung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 die Schaltung bei einem anderen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bei den Zeichnungen wird durchgehend die Bezeichnung R für einen Widerstand, die Bezeichnung C für eine Kapazität (Kondensator), die Bezeichnung Z für eine Zener-Diode, die Bezeichnung S für einen Schalter, die Bezeichnung D für eine Diode, die Bezeichnung SCR für einen gesteuerten Gleichrichter und die Bezeichnung L für eine Lampe verwendet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist der Ausgang einer Gleichrichterbrücke D in Serie geschaltet mit einer Lampe L und einem Widerstand R&sub2;. Der Widerstand R&sub2; dient zur Begrenzung des Einschaltstroms und ist parallelgeschaltet mit einem gesteuerten Hauptgleichrichter SCR&sub2;. Ein gesteuerter Sekundärgleichrichter SCR&sub1;, der bei einem relativ geringen Strom arbeitet, ist über einen Widerstand R&sub3; zwischen die Anode und das Tor des gesteuerten Hauptgleichrichters SCR&sub2; geschaltet. Ein Widerstand R&sub5; und ein Kondensator C&sub2; bilden eine Verzögerungsschaltung mit einer Zeitkonstante und bei Schließen eines Leistungsschalters S&sub1; ist die Leitung des gesteuerten Sekundärgleichrichters SCR&sub1; entsprechend der Zeitkonstante verzögert. Der Glühfaden der Lampe L wird während der Verzögerungsperiode vorgeheizt und der Widerstand des Glühfadens steigt auf seinen stationären Wert an, wenn der Widerstand R&sub2; kurzgeschlossen wird.
Am Ende der Verzögerungsperiode triggert die am Kondensator C&sub2; anliegende Spannung den gesteuerten Sekundärgleichrichter SCR&sub1;. Der Leitungsstrom des gesteuerten Sekundärgleichrichters SCR&sub1; erregt sofort den gesteuerten Hauptgleichrichter SCR&sub2;, der den Widerstand R&sub2; kurzschließt. Der Ausgang der Gleichrichterbrücke D wird durch einen Kondensator C&sub1; geglättet und unverzüglich der Lampe L durch den Kurzschluß des Widerstandes R&sub2; zugeleitet.
Nach Leitung des gesteuerten Hauptgleichrichters SCR&sub2; erregt die Spannung über den gesteuerten Gleichrichter die Verzögerungsschaltung, um den gesteuerten Hauptgleichrichter SCR&sub2; und den gesteuerten Sekundärgleichrichter SCR&sub1; leitend zu halten.
So kann der Einschaltstrom, der beim initialisierenden Schalten der Lampe auftreten kann, wirksam begrenzt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch Einstellen der Zeitkonstante zwischen 0,1 s und 0,01 s mit einem CR02AM (gesteuerter Gleichrichter mit einer Nennspannung von 0,8V, einem Nennstrom von 0,3 mA und einer durchschnittlichen Erregerleistung von 0,24 mW) als gesteuerter Hauptgleichrichter SCR&sub2;, einem Widerstand R&sub5; von 100 kΩ, einer Kapazität C&sub2; von 220 mF und einem Widerstand R&sub7; von 10 kΩ der Torstrom des gesteuerten Sekundärgleichrichters SCR&sub1; auf 1 mA oder weniger heruntergedrückt werden.
Selbst wenn der Torstrom thermisch bedingt sich um bis zu 50% ändert, wird der maximale Torstrom 2 mA betragen und dieser Strom wird niemals zu einer Überhitzung des Tors des gesteuerten Hauptgleichrichters SCR&sub2; führen. In diesem Fall beträgt der Stromverbrauch der Verzögerungsschaltung 0,17 W (= 130V · 130V/100 kΩ), der wesentlich geringer ist, als der von einer konventionellen Vorrichtung verbrauchte.
Die Zeitkonstante von wenigen Zehnteln einer Sekunde kann durch Weglassen des gesteuerten Sekundärgleichrichters SCR&sub1;, wie in Fig. 2 dargestellt, und Verwendung von Widerständen R&sub5; und R&sub6; (Gesamtwiderstand von 3 kΩ) und einem Kondensator C&sub3; (2,000 mF) erhalten werden. Diese Anordnung führt jedoch dazu, daß der Betrieb des gesteuerten Gleichrichters bei Verwendung in einer kalten Umgebung instabil wird. Daher muß der Gesamtwiderstand der Widerstände R&sub5; und R&sub6; auf 2 kΩ abgesenkt werden. Aus diesem Grund fließt nach Schließen des Leistungsschalters sofort ein Strom von 65 mA (= 130 V/2 kΩ) und der Leistungsverbrauch in der Verzögerungsschaltung beträgt 8,45 W (= 65 mA · 130 V). Dies bedeutet im Vergleich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung eine 50-fache Erhöhung.
Durch Übertragung des Ausgangs der Verzögerungsschaltung auf den gesteuerten Hauptgleichrichter mittels des gesteuerten Sekundärgleichrichters kann die Leitung des gesteuerten Hauptgleichrichters stabil gesteuert werden, ohne selbst bei Variierung der Triggerspannung des gesteuerten Hauptgleichrichters mit der Umgebungstemperatur eine Torüberhitzung zu verursachen. Daher kann mit Hilfe der Erfindung eine auf den Einsatz in einer kalten Umgebung ausgerichtete Vorrichtung stabil betrieben werden bei einer relativ hohen Temperatur.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Widerstand R&sub1;, der an die Wechselstromseite der Gleichrichterbrücke D angeschlossen ist, in der Regel einen Wert von 0,5Ω bis 3Ω auf, um einen Lichtbogenentladungsstrom, der möglicherweise bei Ausfall der Lampe L während der Gleichstrom-Beleuchtung auftritt, zu begrenzen. Hierdurch wird die Möglichkeit einer Beschädigung von Schaltungselementen, wie beispielsweise der Dioden oder der gesteuerten Gleichrichter, verhindert.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der positive Ausgang der Gleichrichterbrücke D als Versorgungsquelle für die Verzögerungsschaltung verwendet.
Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, ist dieses Ausführungsbeispiel so ausgebildet, daß eine Minderung des Lichtbogenentladungsstroms verursacht wird, der bei Ausfall der Lampe L während der Gleichstromillumination durch Serienschaltung eines niedrigen Widerstands R&sub1; mit der Wechselstromseite der Gleichrichterbrücke D auftreten kann, um eine mögliche Beschädigung der Schaltungselemente, wie der Diode und der gesteuerten Gleichrichter, zu verhindern.
Wie vorstehend beschrieben, kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Einschaltstrom in der Lampe begrenzt werden, ohne hierdurch eine Überhitzung des gesteuerten Gleichrichters zu verursachen, selbst wenn die Triggerspannung des gesteuerten Gleichrichters sich mit der Umgebungstemperatur verändern kann.
Darüber hinaus steigt in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Leitungsstrom des gesteuerten Sekundärgleichrichters niemals auf eine Höhe an, die zu einer Überhitzung des Tors des gesteuerten Hauptgleichrichters führt, die seine Zerstörung verursacht, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt und die Tortriggerspannung des gesteuerten Hauptgleichrichters abfällt.
Weiterhin kann die Vorrichtung vorteilhaft zur Beleuchtung bei Verwendung einer Glühlampe oder einer hierfür vorgesehenen Stromquelle verwendet werden, da eine erfindungsgemäße Vorrichtung zwar einfach, jedoch sehr effektiv in der Begrenzung des Einschaltstroms ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstroms in einer Glühlampe, die aufweist: - einen ersten Widerstand, der mit der Glühlampe in einer Stromversorgungsschaltung zur Begrenzung des Einschaltstroms in der Glühlampe in Serie geschaltet ist, - eine torgesteuerte Gleichrichterschaltung mit einem Hauptstrompfad, der parallel mit dem Widerstand geschaltet ist, und - einer Verzögerungsschaltung, die an die Stromversorgungsschaltung zum Betrieb der gesteuerten Gleichrichterschaltung nach einer Zeitverzögerung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Betriebs der gesteuerten Gleichrichterschaltung bei einer Änderung der Umgebungstemperatur und zur Vermeidung einer Torüberhitzung in der gesteuerten Schaltung die Schaltung aufweist: - einen ersten gesteuerten Gleichrichter, der den Hauptstrompfad über den ersten Widerstand ermöglicht, und - einen zweiten gesteuerten Gleichrichter mit einem Tor, das mit der Verzögerungsschaltung verbunden ist, und einem Ausgang, der an ein Tor des ersten gesteuerten Gleichrichters angeschlossen ist, wobei der zweite gesteuerte Gleichrichter bei einem relativ geringen Strom betriebsbereit ist im Vergleich zu dem ersten gesteuerten Gleichrichter, um hierdurch ein unerwünschtes Aufheizen des Toren des ersten gesteuerten Gleichrichters zu vermeiden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (D) aufweist: - eine Gleichrichtereinrichtung (D), deren Wechselstromseite zum Anschluß an eine Wechselstromquelle (AC) vorgesehen ist, und deren Gleichstromseite zum Anschluß an die Glühlampe (L) vorgesehen ist, und - eine zweite Widerstandseinrichtung (R&sub1;) zur Begrenzung des Lichtbogenentladungsstroms, der bei Ausfall der Glühlampe (L) auftreten kann, wenn diese noch an die Gleichrichtereinrichtung (D) angeschlossen ist, wobei die zweite Widerstandseinrichtung (R&sub1;) zwischen die Wechselstromquelle (AC) und die Wechselstromseite der Gleichrichtereinrichtung (D) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten und dem zweiten gesteuerten Gleichrichter um rückwärtssperrende Trioden-Thyristoren handelt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung aus einer Widerstands-/Kondensator-Zeitkonstantenschaltung (R&sub5;, C&sub2;) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-/Kondensator-Zeitkonstantenschaltung einen Widerstand und eine Kapazität in Reihe aufweist, und die Zeitkonstantenschaltung sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten gesteuerten Gleichrichter parallelgeschaltet ist, wobei das Tor des zweiten gesteuerten Gleichrichters zwischen den Widerstand und die Kapazität der Zeitkonstantenschaltung geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (D) aus einem Vollweg-Gleichrichter mit einer Glättungseinrichtung (C&sub1;) an seiner Gleichstromseite besteht.