DE4433552A1 - Elektronischer HF-Dimmer für Hoch- und Niedervoltglühlampen - Google Patents
Elektronischer HF-Dimmer für Hoch- und NiedervoltglühlampenInfo
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Description
Unter Netzrückwirkung versteht man die Wirkung von nichtsinusförmigen
Verbraucherströmen am Innenwiderstand (Generator und Leitungen) des speisenden
Netzes mit der Folge einer unerwünschten Spannungsverzerrung (Abweichung von
der Sinusform) der Netzspannung. Ein hoher Leistungsfaktor (λ = 1) reduziert die
Blindströme und damit die ohmschen Verluste in den Netzleitungen der
Stromversorgungsunternehmen.
Verbraucher mit nichtsinusförmiger, impulsförmiger Stromaufnahme sind z. B.: TV-
Empfänger, HiFi-Geräte, Computer, Meß-, Steuer- und Regelgeräte, Dimmer für
Glühlampen, dimmbare elektronische Transformatoren für Niedervolt-
Halogenglühlampen, einfache elektronische Entladungslampenvorschaltgeräte ohne
passive oder aktive Oberschwingungsbegrenzungsfilter, sowie eine Vielzahl von
Geräten, wo Phasenanschnitt- bzw. Abschnittsteuerungen mit Halbleiterbauelementen
der Leistungselektronik zur Anwendung kommen.
Bei modernen elektronischen HF-Dimmern für Lampen sind daher ein Leistungsfaktor
λ = 1 und ein geringer Oberschwingungsgehalt anzustreben. Beides kann mit
konventionellen Schaltnetzteilen - welche pulsförmige Ströme aufnehmen - nicht
erreicht werden.
Elektronische HF-Dimmer für Lampen senken die Energiekosten für die Beleuchtung
und schonen die Umwelt durch Reduzierung von Kraftwerksemissionen.
Die erfindungsgemäße Realisierung eines elektronischen HF-Dimmers zum
gleichzeitigen Betrieb von Hoch- und Niedervoltglühlampen mit sehr hohem
Leistungsfaktor und äußerst geringen Netzstromoberschwingungen wird anhand des
Schaltplans in Fig. 1 erläutert.
Die Netzspannung gelangt über ein Funkentstörungsfilter 1 und einen
Zweiweggleichrichter 2 auf eine durch vier Halbleiterschalter S1 . . . S4 (z. B. MOS-
FET′s, IGBT′s, Bipolar-Transistoren) gebildete Brückenschaltung, in deren Diagonale
(A . . . B) direkt Hochvoltglühlampen und gleichzeitig über einen HF-Transformator
Niedervoltglühlampen betrieben werden können.
Die Ansteuerung der vier Halbleiterschalter erfolgt mit einem HF-Generator mit
integriertem Pulsweitenmodulator (PWM) 4, der mittels eines Spannungswandlers 3
versorgt wird.
Der Pulsweitenmodulator erzeugt zwei gegenphasige Rechtecksignale mit variablem
Tastverhältnis (PWM und ), wobei das PWM-Signal die Schalter S2 und S3
gleichphasig und das invertierte -Signal die Schalter S1 und S4 gleichphasig
ansteuern. Die notwendige Potentialtrennung für die Halbleiterschalter S1 und S3
geschieht durch die Potentialtrennbauelemente P1 und P3 (z. B. Impuls-Übertrager,
Optokoppler, Hochvolttreiber-IC usw.).
Es ergibt sich bei dieser Betriebsweise in der Brückendiagonalen (A . . . B) eine mit der
Netzspannung (50 Hz) modulierte HF-Spannung (z. B. 40 kHz) mit variabler
Pulsbreite, wodurch ein Dimmen ermöglicht wird.
Durch die vollkommen symmetrische PWM-Steuerung der Vollbrücke ist der HF-
Verbraucherstrom durch Hochvoltglühlampen L1 oder HF-Transformatoren Tr mit
sekundärseitig angeschlossenen Niedervoltglühlampen L2 in der Brückendiagonalen
gleichfalls sinusförmig moduliert mit dem großen Vorteil, daß - auch beim Dimmen -
der über das Funkentstörfilter geglättete 50 Hz-Netzstrom weitestgehend sinusförmig
und nahezu in Phase mit der Netzspannung ist.
Sollen nur Hochvoltglühlampen (z. B. für 230 V) gedimmt werden, kann eine stark
vereinfachte Schaltung (vgl. Fig. 2) verwendet werden, die ebenfalls beim Dimmen
dem Netz einen weitestgehend sinusförmigen Strom entnimmt, der mit der
Netzspannung in Phase ist.
Die Funktionsgruppen 1 bis 4 sind identisch mit der Schaltung in Fig. 1. Zum
Dimmen der Glühlampe L (ohmsche Last) genügt ein Halbleiterschalter S. Die HF-
Spannung wird auch hier sinusförmig moduliert und der gefilterte, dem Netz
entnommene Strom ist wiederum weitestgehend sinusförmig, d. h., diese
Dimmschaltung wirkt - wie auch die Schaltung nach Fig. 1 - gegenüber dem
speisenden Netz wie ein quasi "ohmscher Verbraucher".
Claims (7)
1. Elektronischer HF-Dimmer (EHFD) für Hoch- und Niedervolt-Glühlampen mit
hohem Leistungsfaktor und geringen Netzstrom-Oberschwingungen, bestehend aus
einem Funkentstörfilter (1), einem Zweiweggleichrichter (2), einem Spannungswandler
zur Erzeugung der IC-Versorgungsspannung (3), gekennzeichnet durch einen HF-
Generator mit integriertem Pulsweiten-Modulator (4), der nach Fig. 1 vier
Halbleiterschalter S1 . . . S4 in Brückenanordnung aufweist, wobei die Schalter S2 und
S3 vom PWM-Signal gleichphasig und die Schalter S1 und S4 vom invertierten
(gegenphasigen) PWM-Signal ebenfalls gleichphasig angesteuert werden.
2. EHFD nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenanordnung mit
den Halbleiterschaltern S1 bis S4 gemäß Fig. 1 mit zweiweggleichgerichteter Netz-
Sinusspannung gespeist wird.
3. EHFD nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Brückendiagonalen (Anschlußpunkte A und B) die Verbraucher, wie z. B.
Hochvoltglühlampen L1 direkt und gleichzeitig Niedervoltlampen L2 über einen HF-
Transformator Tr betrieben werden.
4. EHFD nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiterschalter S1 und S3 über Potentialtrennbauelemente P1/P3 und die
Halbleiterschalter S2 und S4 galvanisch direkt vom Pulsweitenmodulator (4) gemäß
Fig. 1 angesteuert werden, wobei als Halbleiterschalter z. B. MOS-FET′s, IGBT′s,
Bipolartransistoren usw. verwendet werden können.
5. EHFD nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die
Potentialtrennbauelemente wahlweise Impulsübertrager, Optokoppler,
Hochvolttreiber-IC′s usw. verwendet werden.
6. EHFD nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über einen
Dimmeingang mittels einer Steuergleichspannung (z. B. 1 . . . 10 V) das Tastverhältnis
der PWM-Signale verändert werden kann.
7. Elektronischer HF-Dimmer (EHFD) für Hochvolt-Glühlampen mit hohem
Leistungsfaktor und geringen Netzstrom-Oberschwingungen, bestehend aus einem
Funkentstörfilter (1), einem Zweiweggleichrichter (2), einem Spannungswandler zur
Erzeugung der IC-Versorgungsspannung (3), gekennzeichnet durch einen HF-Generator
mit integriertem Pulsweiten-Modulator (4), der nach Fig. 2 im Lastkreis eine oder
mehrere Lampen L enthält, die über einen Halbleiterschalter (5) (z. B. MOS-FET,
IGBT, Bipolar-Transistor usw.) vom Pulsweitenmodulator angesteuert werden, wobei
der Lastkreis mit zweiweggleichgerichteter Netz-Sinusspannung versorgt wird und
zum Dimmen das Tastverhältnis des PWM-Signals variiert wird.
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