DE9401679U1 - Control circuit of parallel halogen lamps - Google Patents
Control circuit of parallel halogen lampsInfo
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Description
Ansteuerschaltung parallelgeschalteter HalogenglühlampenControl circuit for parallel-connected halogen lamps
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für mehrere parallelgeschaltete Niedervolt-Halogenglühlampen über einen Transformator, insbesondere Schnitt- oder Ringkerntransformator, der primärseitig mit einer Netzwechselspannung zu verbinden ist.The invention relates to a control circuit for several low-voltage halogen lamps connected in parallel via a transformer, in particular a section or toroidal core transformer, which is to be connected on the primary side to an alternating mains voltage.
Aus Gründen der Lebensdauer von Glühlampen und aus Gründen der Stromersparnis werden im zunehmenden Maße Parallelanordnungen von Niedervolt-Halogen-Glühlampen verwandt, die über einen Transformator aus dem Netz gespeist werden. Zur Verringerung der Transformatorverlustleistung und zur Reduzierung der Längsinduktivität des Transformators und somit auch des Blindstromes sind hierfür bevorzugt Schnittbandkern- oder Ringbandkerntransformatoren im Einsatz. Diese weisen eine ausgesprochen scharfe Sättigungscharakteristik auf und sind deshalb überlastempfindlich. Deshalb treten durch die kurschschlußartigen hohen Ströme häufig Transformatorzerstörungen auf, wenn zu viele Lampen parallel geschaltet werden. Auch häufig an den Transformatoren angebrachte Thermoschutzkontakte, die mit der Primärwicklung in Reihe geschaltet sind, vermögen oft die Zerstörung des Transformators nicht zu verhindern, da die Überlast einen sehr schnellen Temperaturanstieg in der Wicklung erbringt und deshalb die Auslösung nicht gewährt.For reasons of the service life of light bulbs and for reasons of saving electricity, parallel arrangements of low-voltage halogen light bulbs are increasingly being used, which are fed from the mains via a transformer. To reduce the transformer power loss and to reduce the longitudinal inductance of the transformer and thus also the reactive current, cut-band core or toroidal core transformers are preferably used. These have an extremely sharp saturation characteristic and are therefore sensitive to overload. This is why the high currents that occur as a result of a short circuit often lead to transformer damage if too many lamps are connected in parallel. Even thermal protection contacts that are often attached to the transformers and are connected in series with the primary winding are often unable to prevent the transformer from being destroyed, since the overload causes a very rapid temperature increase in the winding and therefore does not trigger the device.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Beschaltung desThe object of the invention is to provide a circuit for the
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Transformators zu offenbaren, durch die ein sicherer Schutz desselben bei Überlast gewährleistet ist.transformer, which ensures its safe protection in the event of overload.
Die Lösung ist dadurch gegeben, daß in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators ein steuerbarer Zweirichtungshalbleiterschalter und ein Strommeßwiderstand geschaltet sind und der Zweirichtungshalbleiterschalter von einem integrierten Schaltkreis angesteuert ist, der eine Phasenanschnittsteuerschaltung, einen Spannungsdetektor, dem die Netzwechselspannung zugeführt ist, und einen Stromdetektor, der eingangsseitig mit den beiden Anschlüssen des Strommeßwiderstandes verbunden ist und der ausgangsseitig eine auf eine Referenzspannung einer Referenzspannungsschaltung bezogene Doppelweggleichrichterschaltung speist, sowie einen Programmspeicher enthält, der eingangsseitig das Ausgangssignal der Doppelweggleichrichterschaltung und ein Signal von einem Spannungswächter empfängt und der von einem Grenzwertwächter ein Ausgangssignal über ein siebendes RC-Glied und einen Pegelschieber, der von einer Softstartschaltungangesteuert ist, der Phasenanschnittsteuerschaltung zuführt, so daß diese ihren eingangsseitigen Signalen gemäß über einen Triggerimpulsgeber den Zweirichtungshalbleiterschalter phasenanschnittmäßig ansteuert.The solution is provided by the fact that a controllable bidirectional semiconductor switch and a current measuring resistor are connected in series with the primary winding of the transformer and the bidirectional semiconductor switch is controlled by an integrated circuit which contains a phase control circuit, a voltage detector to which the AC mains voltage is fed, and a current detector which is connected on the input side to the two terminals of the current measuring resistor and which on the output side feeds a full-wave rectifier circuit related to a reference voltage of a reference voltage circuit, as well as a program memory which on the input side receives the output signal of the full-wave rectifier circuit and a signal from a voltage monitor and which feeds an output signal from a limit monitor to the phase control circuit via a filtering RC element and a level shifter which is controlled by a soft start circuit, so that the latter controls the bidirectional semiconductor switch in phase control via a trigger pulse generator in accordance with its input side signals. controls.
Die Phasenanschnittssteuerungschaltung ist vorzugsweise in einem handelsüblichen integrierten Baustein enthalten, welcher mit geeigneten Beschaltungselementen versehen wird, damit die gewünschte Überlastabschalt-Charakteristik erreicht wird. Die Schaltung des Wechselstromes durch die Primärwicklung erfolgt über einen Triac, der im Phasenanschnittsbetrieb angesteuert wird und nach erfolgter Überprüfung, ob überlast auftritt, je nach denThe phase control circuit is preferably contained in a commercially available integrated component, which is provided with suitable circuit elements so that the desired overload shutdown characteristic is achieved. The alternating current is switched through the primary winding via a triac, which is controlled in phase control mode and, after checking whether an overload has occurred, depending on the
gegebenen Verhältnissen entweder, wenn keine Überlast auftritt, voll durchgesteuert wird oder bei Überlasterkennung wahlweise entweder auf einen Betrieb nahe dem Grenzlastbereich oder einen vorgegebenen lastreduzierten Betrieb oder einen wiederholt langsam von Null aus stromsteigernden Betrieb bis zu dem vorgegebenen Grenzwert geschaltet wird oder abgeschaltet wird. Der Triac ist von einer verhältnismäßig hochohmigen Phasenschieberkombination bestehend aus einem Widerstand und einem Kondensator, gebrückt, so daß der Transformator, auch dann, wenn er sekundärseitig unbelastet ist, nicht im Sättigungsbereich arbeitet und vor Kurzschlußstromspitzen geschützt ist.given conditions, either when no overload occurs, it is fully controlled or, when an overload is detected, it is switched to either operation close to the limit load range or a specified load-reduced operation or an operation that slowly increases the current from zero to the specified limit or it is switched off. The triac is bridged by a relatively high-resistance phase shifter combination consisting of a resistor and a capacitor, so that the transformer does not operate in the saturation range and is protected from short-circuit current peaks, even when there is no load on the secondary side.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltung ist in Figur 1 dargestellt.An advantageous embodiment of the circuit is shown in Figure 1.
Zwischen den Netzklemmen (Nl, N2) befindet sich die Reihenschaltung aus einer Sicherung (SI), einem Thermoschutzkontakt (TH), der Primärwicklung (PW) des Transformators (TR), des Triac (TC) der mit der hochohmigen Phasenschieberschaltung (CP, RP) gebrückt ist, sowie dem Strommeßwiderstand (RI). Die Sekundärwicklung (SW) des Transformators (TR) führt über die Lampenanschlußklemmen (Sl, S2) zu der Parallelschaltung der Halogenglühlampen (Ll, L2).Between the mains terminals (Nl, N2) there is a series connection of a fuse (SI), a thermal protection contact (TH), the primary winding (PW) of the transformer (TR), the triac (TC) which is bridged with the high-resistance phase shifter circuit (CP, RP), and the current measuring resistor (RI). The secondary winding (SW) of the transformer (TR) leads via the lamp connection terminals (Sl, S2) to the parallel connection of the halogen lamps (Ll, L2).
Der Triac (TC), der auch ein andersartiger elektronischer Zweirichtungsschalter sein kann, wird über einen Schutzwiderstand (R3) von einem Triggerimpulsgeber (T) angesteuert, der in der integrierten Schaltung (IC) liegt. Von den beiden Enden des Strommeßwiderstandes (RI) sind über Schutzwiderstände (R4, R5) die Meßanschlüsse an einen Stromdetektor (ID) geführt, welcher eineThe triac (TC), which can also be a different type of electronic bidirectional switch, is controlled via a protective resistor (R3) by a trigger pulse generator (T) located in the integrated circuit (IC). The measuring connections from both ends of the current measuring resistor (RI) are led via protective resistors (R4, R5) to a current detector (ID), which has a
Doppelweggleichrichterschaltung (GL), insbesondere Brückengleichrichterschaltung, speist. Die Ausgänge derselben (N, P) sind einerseits auf eine Referenzspannung (UR) bezogen, die von einem Referenzspannungselement (REF) geliefert wird, und andererseits einem Programmspeicher (PR) zugeführt, welcher außerdem ein Steuersignal eines Spannungswächters (UC) und Signale für eine Autostartwahl (AS) empfängt und daraus mittels eines Grenzwertwächters (GW) ein Steuersignal bildet, welches über einen Treiber (V) und einen Spannungsteiler (RIO, RIl), belastet mit einem Speicherzeitgliedkondensator (C9), einem Pegelschieber (PS) zugeführt wird, der die Phasenanschnittsteuerschaltung (PC) ansteuert, die den Triggerimpulsgeber (T) ansteuert.Full-wave rectifier circuit (GL), in particular bridge rectifier circuit. The outputs of the same (N, P) are on the one hand related to a reference voltage (UR) which is supplied by a reference voltage element (REF) and on the other hand fed to a program memory (PR), which also receives a control signal from a voltage monitor (UC) and signals for an autostart selection (AS) and from this, by means of a limit monitor (GW), forms a control signal which is fed via a driver (V) and a voltage divider (RIO, RIl), loaded with a storage time element capacitor (C9), to a level shifter (PS) which controls the phase angle control circuit (PC) which controls the trigger pulse generator (T).
Der Pegelschieber (PS) wird steuerungsseitig von einem Softstartschaltkreis (SS) angesteuert, der jeweils beim Einschalten der Netzspannung oder repetierend Startvorgänge auslöst und die Phasenlage des Zündbeginnes des Triac (TC) langsam von Null anlaufend steigert. Das Einschalten des Netzes wird dem Softstartschaltkreis (SS) von dem Spannungswächter (UC) signalisiert, und die Steilheit der Phasenzunahme wird über einen Anlaufkondensator (C2) bestimmt.The level shifter (PS) is controlled by a soft start circuit (SS) on the control side, which triggers start processes each time the mains voltage is switched on or repeatedly and slowly increases the phase position of the ignition start of the triac (TC) from zero. The switching on of the mains is signaled to the soft start circuit (SS) by the voltage monitor (UC), and the steepness of the phase increase is determined by a starting capacitor (C2).
Der integrierte Baustein (IC) wird von der Netzseite aus über einen Vorwiderstand (Rl) und eine Diode (Dl) gleichgerichtet gespeist, wobei ein Stabilisatornetzteil (NT) und ein Pufferkondensator (Cl) eine Glättung bewirken.The integrated component (IC) is fed from the mains side via a series resistor (Rl) and a diode (Dl) rectified, with a stabilizer power supply (NT) and a buffer capacitor (Cl) providing smoothing .
Die Netzspannung wird zur Überwachungszwecken über einen Schutzwiderstand (R2) einem Spannungsdetektor (UD) zugeführt, der die Phasenanschnittsteuerschaltung (PC)For monitoring purposes, the mains voltage is fed via a protective resistor (R2) to a voltage detector (UD), which controls the phase angle control circuit (PC).
beaufschlagt. Außerdem wird das gleichgerichtete und geglättete Signal am Stabilisatornetzteil (NT) abgenommen und durch einen einstellbaren strombestimmenden Widerstand (P6) der Phasenanschnittsteuerung (PC) zugeführt, wodurch festgelegt wird, wie weit der Phasenwinkel herabgesetzt wird, wenn der zulässige Maximalstrom beim Anlaufen der Schaltung erreicht war.In addition, the rectified and smoothed signal is taken from the stabilizer power supply (NT) and fed to the phase angle control (PC) through an adjustable current-determining resistor (P6), which determines how far the phase angle is reduced when the permissible maximum current was reached when the circuit started up.
Die Autostartwahl (AS) läßt sich in drei verschiedene Arbeitszustände verbringen, indem entweder eine Schaltbrücke (Bl) zum Grundleiter (N2) geschaltet wird oder der Autostartwahlanschluß offengelassen wird oder von diesem eine Brücke (B2) zur Referenzspannung (UR) gelegt wird. Der Grenzstrom, bei dem jeweils der Softstartvorgang beendet wird, bestimmt sich durch die Beschaltung des Doppelgleichrichterausganges (P) mit dem Netzwerk (C8, R8, P8). Das Potentiometer (P8) dient der Einstellung des Grenzwertes. Die drei verschiedenen Autostart-Möglichkeiten führen entweder bei Vorhandensein der ersten Brücke (Bl) nach dem Erreichen des vorgegebenen Grenzstromes zum Herunterschalten des Phasenwinkels auf Null oder auf einen Wert, der unter dem vorgegebenen Grenzstrom liegt, wobei die Vorgabe dieses Phasenwinkelwertes über das Potentiometer (P6) erfolgt.The autostart selection (AS) can be set to three different operating states by either connecting a switching bridge (Bl) to the base conductor (N2) or leaving the autostart selection connection open or connecting a bridge (B2) from this to the reference voltage (UR). The limit current at which the softstart process is terminated is determined by the connection of the double rectifier output (P) to the network (C8, R8, P8). The potentiometer (P8) is used to set the limit value. The three different autostart options either lead to the phase angle being switched down to zero or to a value that is below the specified limit current when the first bridge (Bl) is present after the specified limit current has been reached, whereby this phase angle value is specified via the potentiometer (P6).
Falls der Eingang der Autostartwahl (AS) offen ist, erfolgt jeweils repetierend ein neuer Softstartanlauf nach dem der vorgegebene Grenzstrom erreicht war.If the autostart selection input (AS) is open, a new soft start is repeated after the specified limit current has been reached.
Ist stattdessen die zweite Brücke (B2) eingeschaltet, so bleibt beim Erreichen des Grenzstromes der Phasenwinkel konstant, und es wird somit bei Höchstlast gefahren.If the second bridge (B2) is switched on instead, the phase angle remains constant when the limit current is reached and the vehicle is therefore operated at maximum load.
Die beiden Betriebszustände, in denen mit reduzierter Last oder mit ständig erneutem Softstart gearbeitet wird,The two operating states in which the system operates with reduced load or with continuously repeated soft start,
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lassen den Benutzer an dem Lampenverhalten sofort erkennen, daß ein unzulässig niedriger Sekundärwiderstand vorliegt und somit zweckmäßig entweder eine schwächere Lampe oder weniger Lampen zugeschaltet werden.allow the user to immediately recognize from the lamp behavior that an unacceptably low secondary resistance is present and therefore either a weaker lamp or fewer lamps should be switched on.
Als weitere Schutzmaßnahme ist in der integrierten Schaltung (IC) ein Stromwächter (CC) für den Triggerimpulsgeber (T) vorgesehen, welcher eine Retriggerschaltung (Tl) ansteuert, die mit der Phasenschieberschaltung (PC) in Verbindung steht.As a further protective measure, a current monitor (CC) for the trigger pulse generator (T) is provided in the integrated circuit (IC), which controls a retrigger circuit (Tl) that is connected to the phase shifter circuit (PC).
Außerdem ist die Phasenansschnittsteuerschaltung (PC) mit einem Kondensator (C4) zum Grundleiter bezogen beschaltet. Die Referenzspannung (UR) ist mit einem Glättungskondensator (C6) zum Grundleiteranschluß (N2) beschaltet.In addition, the phase angle control circuit (PC) is connected to a capacitor (C4) related to the base conductor. The reference voltage (UR) is connected to a smoothing capacitor (C6) related to the base conductor connection (N2).
Die gesamte Ansteuerschaltung ist auf einer Schaltplatine aufgebaut und mit isolierender Vergußmasse verschlossen, wobei ggf. lediglich die Sicherung (SI) zugänglich ist und die Netzanschlußklemmen (Nl, N2) und die Transforamtoranschlußklemmen (Pl, P2) oder entsprechende Anschlußleitungen herausgeführt sind. Die strombestimmenden Widerstände oder Potentiometer (P6, P8) sowie die Schaltbrücken (Bl, B2) werden vorzugsweise vor dem Vergießen eingestellt bzw. eingelötet.The entire control circuit is built on a circuit board and sealed with insulating casting compound, whereby only the fuse (SI) is accessible and the mains connection terminals (Nl, N2) and the transformer connection terminals (Pl, P2) or corresponding connection cables are led out. The current-determining resistors or potentiometers (P6, P8) and the switching bridges (Bl, B2) are preferably set or soldered in before casting.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ansteuerschaltung direkt mit dem Transformator mechanisch und thermisch verbunden und primärseitig angeschlossen und insgesamt isolierend verschlossen. In diesem Fall sind die Netzanschllüsse (Nl, N2) und die Sekundäranschlüsse (Sl, S2) als Klemmen oder Leitungsanschlüsse zugänglich und ggf. die Sicherung (SI) austauschbar angeordnet.In a further embodiment, the control circuit is mechanically and thermally connected directly to the transformer and connected on the primary side and is sealed with insulation. In this case, the mains connections (Nl, N2) and the secondary connections (Sl, S2) are accessible as terminals or line connections and, if necessary, the fuse (SI) is arranged so that it can be replaced.
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