DE4433552A1 - Elektronischer HF-Dimmer für Hoch- und Niedervoltglühlampen - Google Patents

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.