EP3419389A1 - Phase chopping control - Google Patents

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EP3419389A1
EP3419389A1 EP18174807.0A EP18174807A EP3419389A1 EP 3419389 A1 EP3419389 A1 EP 3419389A1 EP 18174807 A EP18174807 A EP 18174807A EP 3419389 A1 EP3419389 A1 EP 3419389A1
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EP
European Patent Office
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thyristor
phase control
control according
coil
core
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EP18174807.0A
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Friedhelm Holtz
Rainer Köllner
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Insta GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/31—Phase-control circuits

Definitions

  • the invention relates to a two-wire phase-angle control for a low-energy consumer, such as an LED lamp, comprising an electronic power setting with an inductor provided by a core having a core and a noise suppression capacitor.
  • Dimmers are often designed as so-called two-wire devices for driving at least one energy consumer, so that they can be used easily in an existing installation instead of switches in flush-mounted boxes.
  • two-wire devices are to be understood in the context of these embodiments devices that have only two ports like a simple switch. Such devices do not have a third connection for a neutral conductor. Thus, such a device must take the energy for its own needs the current flow, it is used to control it.
  • the brightness of light sources such as a room lighting or other electrical consumers is set in many cases.
  • Such dimmers have been available for many years and are designed for dimming nominal powers of at least 20 to 60 watts.
  • This power design is based on the performance of the past incandescent or halogen lamps.
  • the electronic power setting is typically realized by a triac pulse drive circuit. This is inexpensive and garhardd.
  • Such a drive circuit requires an inductor to protect the power controller and to comply with the radio interference suppression.
  • the inductance causes a damping of the load current when switching on the power controller, the triac, so that the triac current rises slowly.
  • a suppression capacitor to comply with the interference suppression according to standard is required in parallel to the dimmer circuit.
  • phase control controls which were designed at the time for dimming higher loads, can only be used to a limited extent if low-energy loads, such as LED lamps, are to be dimmed.
  • low-energy loads such as LED lamps
  • the minimum load of such a phase control is lower, with the result that flickering is observed when such dimmers are used for dimming, for example, LED lamps.
  • flickering is observed when such dimmers are used for dimming, for example, LED lamps.
  • the latching and holding current at these low loads especially when dimmed, falls below and within the network half-wave between its Leitend ein and its non-Leitend ein.
  • ghosting in the off state of the dimmer.
  • the triac In order to avoid the flicker in a phase control of low-energy loads, such as LEDs, has been replaced by a thyristor control in such a phase control as an electronic power controller, the triac.
  • thyristors require much lower gate currents than triacs.
  • the gate current for the entire half-wave can be made available from the ignition point.
  • the thyristor remains switched on regardless of the load with the set phase angle. Even if an undesired flicker can be avoided with a prior art thyristor control circuit, the noise is still observed.
  • a filter member such is used, as this is known from triac drives, thus a coil of low quality as an inductor and a suppression capacitor with a corresponding capacity, for example, 100 nF.
  • this may be unproblematic in some cases, this is perceived as unpleasant in dimmers with which light sources, such as a room lighting to be dimmed.
  • a dimmer hum at least in the vicinity of the dimmer to hear.
  • the present invention seeks to propose a phase control, in which when driving low-energy loads, such as LED lamps, not only avoided flickering, but in which a noise is significantly reduced or avoided altogether.
  • loads with even smaller nominal powers than previously possible were safely dimmed, such as LED lamps with only 1 W nominal power.
  • the electronic power position is designed as a thyristor with two antiparallel thyristor circuits with at least one thyristor and the coil core of the coil inductance is made of a magnetostriction poor or magnetostriction-free material.
  • the electronic power position is realized by a thyristor drive circuit with two thyristors in this phase control.
  • the coil core of the inductance magnetostriction poor or magnetostriction-free is executed.
  • this is a coil with a core of high quality, ie a coil in which the damping of the resonant circuit is significantly lower than in a coil with low coil quality. Under the same conditions, this also reduces the power loss of the dimmer.
  • pulse control coils with a low coil quality were deliberately used in the prior art, in order to avoid the resulting by the suppression capacitor and the coil oscillation and thus flicker of the lamp by falling below the latching and holding current.
  • the proposal to provide an inductance through a coil with high coil quality therefore, contrary to the teaching of prevailing opinion.
  • this concept makes use of the possibilities of a thyristor drive circuit in order to use an inductance with a coil with a coil core of a material of high quality.
  • the oscillation of the coil does not lead to a switching of the thyristor, since the Thyristoran Kunststoffscnies is designed so that after ignition for the duration of each line half-wave in its gate, a sufficiently large current flows.
  • This feature of a Thyristoran horrscnies used in the proposed phase control not only to avoid flicker, but also so that a very low-noise or noise-free coil high quality and therefore at the same time a low-noise or noise-canceling suppression capacitor can be used.
  • the capacitance of the suppression capacitor need only be less than 35 nF.
  • the use of suppression capacitors for example, have only a capacity of 10 nF to 25 nF.
  • the lower limit of the use of these suppression capacitors is determined in this concept not only by the coil, as this can have a correspondingly high inductance, but also by the EMC requirements to be met. This allows the use noiseless Capacitors.
  • capacitors having such a small capacitance are very small in size and can be designed as SMD capacitors. Therefore, these can readily be accommodated in a standardized flush-mounted box together with the other components of such a phase control.
  • Magnetostriction-free coil cores are noiseless. Magnetostriction poor coil cores cause no significant hum or buzzing noise. Thus, by this phase gating control, noise minimization is provided in two ways, both with respect to the inductance and with respect to the noise suppression capacitor.
  • An alloy consisting of the coil core is suitable as an alloy of 83-87% Fe, 7-10.5% Si and 5-6.5% Al, this alloy preferably having the following composition: 84-86% Fe, 8 , 5 - 9.8% Si and 5.3 - 6.1% Al.
  • Such a coil core is preferably a powder composite material with air inclusions.
  • the basic brightness is adjustable by a variable resistor 11.1.
  • the maximum brightness is fixed with another resistor 11.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a phase control as the Thyristor horrscrien is executed.
  • the executed in the illustrated embodiment as Phasenanroughdimmer 1 circuit is used to drive a series-connected LED lamp 2.
  • the LED lamp 2 and the phase gating dimmer 1 are connected to an AC voltage source 3.
  • the power position of the illustrated embodiment has two antiparallel thyristor circuits, each with a thyristor 4, 4.1, so that in each AC half-cycle, a thyristor 4 or 4.1 is in its forward direction.
  • the source terminal of the thyristor 4 is connected to the drain terminal of the thyristor 4.1.
  • the source terminal of the thyristor 4.1 is connected to the drain terminal of the thyristor 4.
  • Each thyristor 4, 4.1 is assigned a drive circuit 5, 5.1.
  • the drive circuits 5, 5.1 ensure that a current is applied to the gate 6, 6.1 of the respective thyristor 4, 4.1 for the duration of the conducting phase of a half-wave.
  • the gate drive lines 7, 7.1 is in each case a resistor, 8, 8.1 between the drive circuits 5, 5.1 and the respective gate 6, 6.1 is turned on.
  • the drive circuits 5, 5.1 are the same in terms of their individual components and not shown in detail. Overall, this is the known thyristor circuit.
  • adjusting member 9 Connected to the drive circuits 5, 5.1 to an adjusting member 9, via which the desired dimming position is set.
  • a potentiometer 10 In the illustrated embodiment serves for this purpose as a manual actuator therein a potentiometer 10.
  • the adjusting member 9 are also associated with two resistors 11, 11.1.
  • the resistor 11 is used to set the maximum brightness and the resistor 11.1 to the user side adjustable adjustment of the minimum brightness.
  • the maximum brightness should be as large as possible with dimmers, whereby the circuit must also be safely designed with regard to standard tests.
  • Two capacitors 12, 12.1 are associated with the drive circuits 5, 5.1.
  • the phase gating dimmer 1 further comprises a filter member 13 with a coil high-coil coil 14 and with a suppression capacitor 15.
  • the coil 14 has a coil core with extremely low magnetostriction. In the illustrated embodiment, this consists of 85% Fe, 9.6% Si and 5.4% Al.
  • the spool core is made by means of a powder metallurgical process. Thus, this spool core is a powder composite workpiece.
  • the inductance of the coil is high, so high that the capacitance of the noise suppression capacitor 15 can be minimized to satisfy the EMC requirements.
  • the capacitance of the suppression capacitor 15 is nF. In the illustrated embodiment, this is designed as an SMD component.
  • the resistors 8, 8.1 in the gate connection lines 7, 7.1 are designed high impedance, so that the capacitors 12, 12.1 only have to have a correspondingly lower capacity. This prevents together with the small RFI 15 in many cases a so-called ghosting of the LED lamp 2.
  • the small capacity of the suppression capacitor 15 allows it to be designed as a noise-free capacitors.
  • the amount of current to be protected is relatively small for LED and comparable loads.
  • the current to be protected in the illustrated embodiment is only so large that they can be performed by self-resetting fuses as an electrical component, so-called Polyswitche.
  • the use of such a fuse is also made possible by the damping of the coil, since such fuses are much slower than non-self-resetting fuses.
  • the two antiparallel thyristor circuits described in the preceding embodiment may be integrated as follows:
  • the two thyristors 4, 4.1 may be implemented as one component in an integrated circuit with a 4-pole housing, for example a known TO-220 based housing. This can be used without modification for such a triac dimmer.
  • the drive circuits which include the actual drive circuits 5, 5.1 and the associated circuit parts 7, 8 and 7.1, 8.1 are, while maintaining the isolation conditions as two monolithic circuits in a housing, for example integrated into an SMD housing.

Abstract

Eine Phasenanschnittsteuerung in Zweidrahttechnik für einen Niedrigenergieverbraucher, wie etwa eine LED-Lampe 2, umfasst eine elektronische Leistungsstellung mit einer durch eine einen Kern aufweisenden Spule 14 bereitgestellten Induktivität und mit einem Entstörkondensator 15. Die elektronische Leistungsstellung ist als Thyristorsteuerung mit zwei antiparallelen Thyristorkreisen mit zumindest jeweils einem Thyristor 4, 4.1 ausgeführt. Der Spulenkern der Spule 14 der Induktivität ist aus einem magnetostriktionsarmen oder magnetostriktionsfreien Werkstoff hergestellt.A two-wire phase-angle control for a low-power consumer, such as an LED lamp 2, includes an electronic power position having a core 14 provided inductor and a noise suppression capacitor 15. The electronic power position is a thyristor control with two antiparallel thyristor circuits with at least one each a thyristor 4, 4.1 executed. The coil core of the coil 14 of the inductor is made of a magnetostriction-poor or magnetostriction-free material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasenanschnittsteuerung in Zweidrahttechnik für einen Niedrigenergieverbraucher, wie etwa eine LED-Lampe, umfassend eine elektronische Leistungsstellung mit einer durch eine einen Kern aufweisenden Spule bereitgestellten Induktivität und mit einem Entstörkondensator.The invention relates to a two-wire phase-angle control for a low-energy consumer, such as an LED lamp, comprising an electronic power setting with an inductor provided by a core having a core and a noise suppression capacitor.

Dimmer sind vielfach als so genannte Zwei-Draht-Geräte zum Ansteuern zumindest eines Energieverbrauchers konzipiert, damit diese ohne Weiteres in eine vorhandene Installation an Stelle von Schaltern in Unterputzdosen eingesetzt werden können. Unter Zwei-Draht-Geräten sind im Zusammenhang mit diesen Ausführungen Geräte zu verstehen, die wie ein einfacher Schalter nur zwei Anschlüsse aufweisen. Derartige Geräte besitzen keinen dritten Anschluss für einen Neutralleiter. Damit muss ein solches Gerät die Energie für seinen Eigenbedarf dem Stromfluss entnehmen, zu dessen Steuerung es eingesetzt wird.Dimmers are often designed as so-called two-wire devices for driving at least one energy consumer, so that they can be used easily in an existing installation instead of switches in flush-mounted boxes. Under two-wire devices are to be understood in the context of these embodiments devices that have only two ports like a simple switch. Such devices do not have a third connection for a neutral conductor. Thus, such a device must take the energy for its own needs the current flow, it is used to control it.

Mit Hilfe von Phasenanschnittsteuerungen wird in vielen Fällen die Helligkeit von Lichtquellen, beispielsweise einer Raumbeleuchtung oder auch anderen elektrischen Verbrauchern eingestellt. Derartige Dimmer sind bereits seit vielen Jahren verfügbar und zum Dimmen von Nominalleistungen von mindestens 20 bis 60 Watt ausgelegt. Diese Leistungsauslegung orientiert sich an der Leistung seinerzeitiger Glüh- oder Halogenlampen. Die elektronische Leistungsstellung wird typischerweise durch eine Triac-Impuls-Ansteuerschaltung realisiert. Diese ist kostengünstig und kleinbauend. Eine solche Ansteuerschaltung benötigt zum Schutz der Leistungssteller sowie zur Einhaltung der Funkentstörung eine Induktivität. Die Induktivität bewirkt eine Dämpfung des Laststroms beim Einschalten am Leistungssteller, dem Triac, damit der Triac-Strom langsam ansteigt. Zusätzlich ist parallel zur Dimmerschaltung ein Entstörkondensator zur Einhaltung der Funkentstörung nach Norm erforderlich.With the help of phase control, the brightness of light sources, such as a room lighting or other electrical consumers is set in many cases. Such dimmers have been available for many years and are designed for dimming nominal powers of at least 20 to 60 watts. This power design is based on the performance of the past incandescent or halogen lamps. The electronic power setting is typically realized by a triac pulse drive circuit. This is inexpensive and kleinbauend. Such a drive circuit requires an inductor to protect the power controller and to comply with the radio interference suppression. The inductance causes a damping of the load current when switching on the power controller, the triac, so that the triac current rises slowly. In addition, a suppression capacitor to comply with the interference suppression according to standard is required in parallel to the dimmer circuit.

Auf Grund eines gegenüber Glühlampen unterschiedlichen Verhaltens von Niedrigenergielichtquellen, wie beispielsweise LEDs, sind für Glühlampen geeignete Dimmer nur mit erheblichem zusätzlichem Aufwand für ein Dimmen von derartigen Niedrigenergieverbrauchern geeignet. Begründet ist dies darin, dass die notwendige Eigenversorgung eines solchen Dimmers dann nicht ohne Weiteres gewährleistet ist.Due to a different behavior of low energy light sources, such as LEDs, compared to incandescent lamps are for incandescent suitable dimmer suitable for dimming of such low energy consumers only with considerable additional effort. The reason for this is that the necessary self-supply of such a dimmer is not guaranteed without further ado.

Um die standardmäßige Impulsansteuerung auch bei kleinen Lasten, deren Nominalleistung kleiner als die Mindest-Nominallast der Ansteuerschaltung sind, zu gewährleisten, werden als Induktivität Spulen mit einer sehr niedrigen Güte und dem zur Folge einem hohen Verlustfaktor eingesetzt. Dieses erlaubt, dass der Latching- und der Haltestrom des Triacs trotz der nur geringen anliegenden Last nicht unterschritten wird. Nachteilig bei einer solchen Phasenanschnittsteuerung ist das damit einhergehende Brummen bzw. Summen, wofür das Beschneiden der Sinusform und der notwendige Einsatz einer Induktivität verantwortlich gemacht wird. Zu diesem Summen trägt auch der Entstörkondensator bei. Die Geräuschbildung ist überwiegend bei mittleren Dimmstellungen am größten und somit in einer der typischerweise am häufigsten genutzten Dimmstellungen.In order to ensure the standard impulse control, even with small loads whose nominal power is smaller than the minimum nominal load of the drive circuit, are used as inductance coils with a very low quality and the result of a high loss factor. This allows that the latching and the holding current of the triac is not undershot despite the low applied load. The disadvantage of such a phase control is the associated humming or humming, for which the trimming of the sinusoidal shape and the necessary use of an inductance is held responsible. The suppression capacitor also contributes to this humming. The noise is mostly at medium dimming positions largest and thus in one of the most commonly used dimming positions.

Diese Phasenanschnittsteuerungen, die seinerzeit zum Dimmen höherer Lasten konzipiert worden sind, können nur bedingt eingesetzt werden, wenn niedrigenergetische Lasten, beispielsweise LED-Lampen, gedimmt werden sollen. In solchen Fällen ist aufgrund der typischerweise geringen Nominallast, die Mindestlast einer solchen Phasenanschnittsteuerung unterschritten mit der Folge, dass bei einem Einsatz derartiger Dimmer zum Dimmen beispielsweise von LED-Lampen ein Flackern zu beobachten ist. Dieses liegt daran, dass der Latching- und Haltestrom bei diesen geringen Lasten, vor allem wenn gedimmt, unterschritten wird und innerhalb der Netzhalbwelle zwischen seiner Leitendstellung und seiner Nicht-Leitendstellung wechselt. Mitunter ist auch ein als Ghosting bezeichnetes Glimmen der LEDs oder einer anderen Niedrigenergielampe im Aus-Zustand des Dimmers zu beobachten.These phase control controls, which were designed at the time for dimming higher loads, can only be used to a limited extent if low-energy loads, such as LED lamps, are to be dimmed. In such cases, due to the typically low nominal load, the minimum load of such a phase control is lower, with the result that flickering is observed when such dimmers are used for dimming, for example, LED lamps. This is because the latching and holding current at these low loads, especially when dimmed, falls below and within the network half-wave between its Leitendstellung and its non-Leitendstellung. Occasionally there is also a glowing of the LEDs or another low energy lamp called ghosting in the off state of the dimmer.

Um das Flackern bei einer Phasenanschnittsteuerung von niedrigenergetischen Lasten, wie beispielsweise LEDs zu vermeiden, ist bei einer solchen Phasenanschnittsteuerung als elektronischer Leistungssteller der Triac durch eine Thyristorsteuerung ersetzt worden.In order to avoid the flicker in a phase control of low-energy loads, such as LEDs, has been replaced by a thyristor control in such a phase control as an electronic power controller, the triac.

Hintergrund dieser Maßnahme ist, dass Thyristoren wesentlich geringere Gateströme gegenüber Triacs benötigen. Damit kann der Gatestrom für die gesamte Halbwelle ab dem Zündzeitpunkt zur Verfügung gestellt werden. Der Thyristor bleibt unabhängig von der Last mit dem eingestellten Phasenwinkel durchgeschaltet. Auch wenn mit einer vorbekannten Thyristorsteuerschaltung ein unerwünschtes Flackern vermieden werden kann, ist die Geräuschentwicklung nach wie vor zu beobachten. Als Filterglied wird ein solches eingesetzt, wie dieses von Triac-Ansteuerungen bekannt ist, mithin eine Spule geringer Güte als Induktivität sowie ein Entstörkondensator mit einer entsprechenden Kapazität, beispielsweise 100 nF. Auch wenn dieses in einigen Fällen unproblematisch sein mag, wird dieses jedoch bei Dimmern mit denen Lichtquellen, beispielsweise einer Raumbeleuchtung gedimmt werden sollen, als unangenehm empfunden. Vor allem in Räumen ohne nennenswerte Hintergrundgeräusche ist ein solches Dimmersummen, zumindest in der näheren Umgebung des Dimmers, zu hören.The background to this measure is that thyristors require much lower gate currents than triacs. Thus, the gate current for the entire half-wave can be made available from the ignition point. The thyristor remains switched on regardless of the load with the set phase angle. Even if an undesired flicker can be avoided with a prior art thyristor control circuit, the noise is still observed. As a filter member such is used, as this is known from triac drives, thus a coil of low quality as an inductor and a suppression capacitor with a corresponding capacity, for example, 100 nF. Although this may be unproblematic in some cases, this is perceived as unpleasant in dimmers with which light sources, such as a room lighting to be dimmed. Especially in rooms without significant background noise, such a dimmer hum, at least in the vicinity of the dimmer to hear.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Phasenanschnittsteuerung vorzuschlagen, bei der beim Ansteuern niedrigenergetischer Lasten, wie beispielsweise LED-Lampen, nicht nur ein Flackern vermieden, sondern bei der auch eine Geräuschentwicklung signifikant reduziert oder gänzlich vermieden wird. Außerdem können Lasten mit noch kleineren Nominalleistungen als dieses bisher möglich war sicher gedimmt werden, so beispielsweise LED-Lampen mit nur 1 W Nominalleistung.Based on this discussed prior art, the present invention seeks to propose a phase control, in which when driving low-energy loads, such as LED lamps, not only avoided flickering, but in which a noise is significantly reduced or avoided altogether. In addition, loads with even smaller nominal powers than previously possible were safely dimmed, such as LED lamps with only 1 W nominal power.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Phasenanschnittsteuerung, bei der die elektronische Leistungsstellung als Thyristorsteuerung mit zwei antiparallelen Thyristorkreisen mit zumindest jeweils einem Thyristor ausgeführt ist und der Spulenkern der Spule der Induktivität aus einem magnetostriktionsarmen oder magnetostriktionsfreien Werkstoff hergestellt ist.This object is achieved according to the invention by a generic phase control mentioned above, in which the electronic power position is designed as a thyristor with two antiparallel thyristor circuits with at least one thyristor and the coil core of the coil inductance is made of a magnetostriction poor or magnetostriction-free material.

Die elektronische Leistungsstellung wird bei dieser Phasenanschnittsteuerung durch eine Thyristoransteuerschaltung mit zwei Thyristoren realisiert. Von Besonderheit bei dieser Phasenanschnittsteuerung ist, dass der Spulenkern der Induktivität magnetostriktionsarm oder magnetostriktionsfrei ausgeführt ist. Mithin handelt es sich hierbei um eine Spule mit einem Kern hoher Güte, also um eine Spule, bei der die Dämpfung des Schwingkreises deutlich geringer ist als bei einer Spule mit niedriger Spulengüte. Unter gleichen Bedingungen ist dadurch auch die Verlustleistung des Dimmers geringer. Bei Impulssteuerungen wurden im Stand der Technik Spulen mit einer niedrigen Spulengüte ganz bewusst eingesetzt, um die durch den Entstörkondensator und die Spule entstehende Schwingung und dadurch ein Flackern des Leuchtmittels durch Unterschreiten des Latching- und Haltestroms zu vermeiden. Der Vorschlag, eine Induktivität durch eine Spule mit hoher Spulengüte bereitzustellen, erfolgt daher entgegen der Lehre der herrschenden Meinung.The electronic power position is realized by a thyristor drive circuit with two thyristors in this phase control. Of special feature in this Phase control is that the coil core of the inductance magnetostriction poor or magnetostriction-free is executed. Thus, this is a coil with a core of high quality, ie a coil in which the damping of the resonant circuit is significantly lower than in a coil with low coil quality. Under the same conditions, this also reduces the power loss of the dimmer. In pulse control coils with a low coil quality were deliberately used in the prior art, in order to avoid the resulting by the suppression capacitor and the coil oscillation and thus flicker of the lamp by falling below the latching and holding current. The proposal to provide an inductance through a coil with high coil quality, therefore, contrary to the teaching of prevailing opinion.

In geschickter Weise macht man sich bei diesem Konzept die Möglichkeiten einer Thyristoransteuerschaltung zu Nutze, um eine Induktivität mit einer Spule mit einem Spulenkern aus einem Werkstoff hoher Güte einzusetzen. Das Schwingen der Spule führt nicht zu einem Schalten des Thyristors, da die Thyristoransteuerschaltung so ausgelegt ist, dass nach der Zündung für die Dauer jeder Netzhalbwelle in sein Gate ein genügend großer Strom fließt. Diese Besonderheit einer Thyristoransteuerschaltung dient bei der vorgeschlagenen Phasenanschnittsteuerung nicht nur zur Vermeidung eines Flackerns, sondern auch, damit eine sehr geräuscharme oder geräuschfreie Spule hoher Güte und dementsprechend zugleich ein geräuscharmer oder geräuschfreier Entstörkondensator eingesetzt werden können.Skillfully, this concept makes use of the possibilities of a thyristor drive circuit in order to use an inductance with a coil with a coil core of a material of high quality. The oscillation of the coil does not lead to a switching of the thyristor, since the Thyristoransteuerschaltung is designed so that after ignition for the duration of each line half-wave in its gate, a sufficiently large current flows. This feature of a Thyristoransteuerschaltung used in the proposed phase control not only to avoid flicker, but also so that a very low-noise or noise-free coil high quality and therefore at the same time a low-noise or noise-canceling suppression capacitor can be used.

Das Vorsehen einer solchen Spule mit einer entsprechend hohen Induktivität ermöglicht, dass ein Entstörkondensator mit nur einer geringeren Kapazität eingesetzt werden kann. Typischerweise braucht die Kapazität des Entstörkondensators nur weniger als 35 nF zu betragen. Durchaus möglich ist der Einsatz von Entstörkondensatoren, die beispielsweise nur eine Kapazität von 10 nF bis 25 nF aufweisen. Die Untergrenze des Einsatzes dieser Entstörkondensatoren wird bei diesem Konzept nicht nur durch die Spule bestimmt, da diese eine entsprechend hohe Induktivität aufweisen kann, sondern auch durch die einzuhaltenden EMV-Anforderungen. Dieses erlaubt den Einsatz geräuschloser Kondensatoren. Insbesondere sind Kondensatoren mit einer solchen geringen Kapazität sehr kleinbauend und können als SMD-Kondensatoren ausgeführt sein. Daher können diese ohne weiteres zusammen mit den weiteren Komponenten einer solchen Phasenanschnittsteuerung in einer standardisierten Unterputzdose untergebracht werden.The provision of such a coil with a correspondingly high inductance makes it possible to use a suppression capacitor with only a smaller capacitance. Typically, the capacitance of the suppression capacitor need only be less than 35 nF. Quite possible is the use of suppression capacitors, for example, have only a capacity of 10 nF to 25 nF. The lower limit of the use of these suppression capacitors is determined in this concept not only by the coil, as this can have a correspondingly high inductance, but also by the EMC requirements to be met. This allows the use noiseless Capacitors. In particular, capacitors having such a small capacitance are very small in size and can be designed as SMD capacitors. Therefore, these can readily be accommodated in a standardized flush-mounted box together with the other components of such a phase control.

Magnetostriktionsfreie Spulenkerne sind geräuschlos. Magnetostriktionsarme Spulenkerne verursachen kein nennenswertes Brumm- bzw. Summgeräusch. Somit ist durch diese Phasenanschnittsteuerung eine Geräuschminimierung gleich in zweierlei Hinsicht bereitgestellt, und zwar sowohl in Bezug auf die Induktivität als auch in Bezug auf den Entstörkondensator.Magnetostriction-free coil cores are noiseless. Magnetostriction poor coil cores cause no significant hum or buzzing noise. Thus, by this phase gating control, noise minimization is provided in two ways, both with respect to the inductance and with respect to the noise suppression capacitor.

Als Legierung, aus dem der Spulenkern besteht eignet sich eine Legierung aus 83 - 87 % Fe, 7 - 10,5 % Si und 5 - 6,5 % Al, wobei diese Legierung bevorzugt folgende Zusammensetzung aufweist: 84 - 86 % Fe, 8,5 - 9,8 % Si und 5,3 - 6,1 % Al. Ein solcher Spulenkern ist vorzugsweise ein Pulververbundwerkstoff mit Lufteinschlüssen.An alloy consisting of the coil core is suitable as an alloy of 83-87% Fe, 7-10.5% Si and 5-6.5% Al, this alloy preferably having the following composition: 84-86% Fe, 8 , 5 - 9.8% Si and 5.3 - 6.1% Al. Such a coil core is preferably a powder composite material with air inclusions.

Bei dieser Phasenanschnittsteuerung in Zweidrahttechnik zur Dimmung von Niedrigenergielasten, beispielsweise von LED-Lampen, besteht gegenüber herkömmlichen Schaltungen die Möglichkeit, ohne anderweitige Nachteile hinnehmen zu müssen, die Ansteuerschaltung bei gleichzeitiger Verringerung des Funkentstörkondensators hochohmig auszulegen. Durch eine hochohmige Auslegung der Ansteuerschaltung können in die anzusteuernde Last, also beispielsweise die eine oder mehreren LED-Lampen beaufschlagenden Restströme soweit reduziert werden, dass ein Leuchten im Aus-Zustand des Dimmers - ein sogenanntes Ghosting - vermieden werden kann.In this phase-angle control in two-wire technology for dimming low-energy loads, such as LED lamps, there is the possibility over conventional circuits, without having to accept other disadvantages, the drive circuit interpreted while reducing the RFI capacitor high impedance. By means of a high-impedance design of the drive circuit, it is possible to reduce the residual currents which act on the one or more LED lamps to such an extent that lighting in the off state of the dimmer - a so-called ghosting - can be avoided.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Grundhelligkeit durch einen variablen Widerstand 11.1 einstellbar ist. Die Maximalhelligkeit wird mit einem weiteren Widerstand 11 fest eingestellt.In a preferred embodiment, it is provided that the basic brightness is adjustable by a variable resistor 11.1. The maximum brightness is fixed with another resistor 11.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur 1 beschrieben. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Phasenanschnittsteuerung die als Thyristorsteuerschaltung ausgeführt ist. Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Phasenanschnittdimmer 1 ausgeführte Schaltung dient zum Ansteuern einer in Reihe geschalteten LED-Lampe 2. Die LED-Lampe 2 sowie der Phasenanschnittdimmer 1 sind an eine Wechselspannungsquelle 3 angeschlossen. Die Leistungsstellung des dargestellten Ausführungsbeispiels verfügt über zwei antiparallele Thyristorschaltungen mit jeweils einem Thyristor 4, 4.1, damit in jeder Wechselspannungshalbwelle ein Thyristor 4 oder 4.1 sich in seiner Durchlassrichtung befindet. Der Source-Anschluss des Thyristors 4 ist mit dem Drain-Anschluss des Thyristors 4.1 verbunden. Der Source-Anschluss des Thyristors 4.1 ist mit dem Drain-Anschluss des Thyristors 4 verbunden. Jedem Thyristor 4, 4.1 ist eine Ansteuerschaltung 5, 5.1 zugeordnet. Die Ansteuerschaltungen 5, 5.1 tragen Sorge dafür, dass an dem Gate 6, 6.1 des jeweiligen Thyristors 4, 4.1 für die Dauer der Leitendphase einer Halbwelle ein Strom anliegt. In die Gate-Ansteuerleitungen 7, 7.1 ist jeweils ein Widerstand, 8, 8.1 zwischen die Ansteuerschaltungen 5, 5.1 und das jeweilige Gate 6, 6.1 eingeschaltet. Die Ansteuerschaltungen 5, 5.1 sind bezüglich ihrer Einzelbestandteile gleich ausgeführt und im Einzelnen nicht näher dargestellt. Insgesamt handelt es sich hier um die an sich bekannte Thyristorschaltung.The invention is based on an embodiment with reference to the attached FIG. 1 described. FIG. 1 shows a block diagram of a phase control as the Thyristorsteuerschaltung is executed. The executed in the illustrated embodiment as Phasenanschnittdimmer 1 circuit is used to drive a series-connected LED lamp 2. The LED lamp 2 and the phase gating dimmer 1 are connected to an AC voltage source 3. The power position of the illustrated embodiment has two antiparallel thyristor circuits, each with a thyristor 4, 4.1, so that in each AC half-cycle, a thyristor 4 or 4.1 is in its forward direction. The source terminal of the thyristor 4 is connected to the drain terminal of the thyristor 4.1. The source terminal of the thyristor 4.1 is connected to the drain terminal of the thyristor 4. Each thyristor 4, 4.1 is assigned a drive circuit 5, 5.1. The drive circuits 5, 5.1 ensure that a current is applied to the gate 6, 6.1 of the respective thyristor 4, 4.1 for the duration of the conducting phase of a half-wave. In the gate drive lines 7, 7.1 is in each case a resistor, 8, 8.1 between the drive circuits 5, 5.1 and the respective gate 6, 6.1 is turned on. The drive circuits 5, 5.1 are the same in terms of their individual components and not shown in detail. Overall, this is the known thyristor circuit.

Angeschlossen sind die Ansteuerschaltungen 5, 5.1 an ein Einstellglied 9, über das die gewünschte Dimmstellung eingestellt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient diesem Zweck als manuelles Stellglied ein darin enthaltenes Potentiometer 10. Dem Einstellglied 9 zugehörig sind ferner zwei Widerstände 11, 11.1. Der Widerstand 11 dient zur Einstellung der Maximalhelligkeit und der Widerstand 11.1 zur nutzerseitig justierbaren Einstellung der Minimalhelligkeit. Die Maximalhelligkeit soll bei Dimmern größtmöglich sein, wobei die Schaltung außerdem bezüglich Normprüfungen sicher ausgelegt werden muss. Zwei Kondensatoren 12, 12.1 sind den Ansteuerschaltungen 5, 5.1 zugehörig.Connected to the drive circuits 5, 5.1 to an adjusting member 9, via which the desired dimming position is set. In the illustrated embodiment serves for this purpose as a manual actuator therein a potentiometer 10. The adjusting member 9 are also associated with two resistors 11, 11.1. The resistor 11 is used to set the maximum brightness and the resistor 11.1 to the user side adjustable adjustment of the minimum brightness. The maximum brightness should be as large as possible with dimmers, whereby the circuit must also be safely designed with regard to standard tests. Two capacitors 12, 12.1 are associated with the drive circuits 5, 5.1.

Der Phasenanschnittdimmer 1 umfasst des Weiteren ein Filterglied 13 mit einer Spule 14 hoher Spulengüte und mit einem Entstörkondensator 15. Die Spule 14 verfügt über einen Spulenkern mit extrem niedriger Magnetostriktion. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dieser aus 85 % Fe, 9,6 % Si und 5,4 % Al. Hergestellt ist der Spulenkern im Wege eines pulvermetallurgischen Verfahrens. Mithin handelt es sich bei diesem Spulenkern um ein Pulververbundwerkstück. Die Induktivität der Spule ist hoch, und zwar so hoch, dass die Kapazität des Entstörkondensators 15 auf ein Minimum zum Genügen der EMV-Erforderungen herabgesetzt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Kapazität des Entstörkondensators 15 nF. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser als SMD-Bauteil ausgeführt. Die Widerstände 8, 8.1 in den Gateanschlussleitungen 7, 7.1 sind hochohmig ausgelegt, damit die Kondensatoren 12, 12.1 nur eine entsprechend geringere Kapazität aufweisen müssen. Dieses verhindert zusammen mit dem kleinen Funkentstörkondensator 15 in vielen Fällen ein sogenanntes Ghosting der LED-Lampe 2. Die geringe Kapazität des Entstörkondensators 15 erlaubt, dass dieser als geräuschfreier Kondensatoren ausgeführt wird.The phase gating dimmer 1 further comprises a filter member 13 with a coil high-coil coil 14 and with a suppression capacitor 15. The coil 14 has a coil core with extremely low magnetostriction. In the illustrated embodiment, this consists of 85% Fe, 9.6% Si and 5.4% Al. The spool core is made by means of a powder metallurgical process. Thus, this spool core is a powder composite workpiece. The inductance of the coil is high, so high that the capacitance of the noise suppression capacitor 15 can be minimized to satisfy the EMC requirements. In the illustrated embodiment, the capacitance of the suppression capacitor 15 is nF. In the illustrated embodiment, this is designed as an SMD component. The resistors 8, 8.1 in the gate connection lines 7, 7.1 are designed high impedance, so that the capacitors 12, 12.1 only have to have a correspondingly lower capacity. This prevents together with the small RFI 15 in many cases a so-called ghosting of the LED lamp 2. The small capacity of the suppression capacitor 15 allows it to be designed as a noise-free capacitors.

Die hohe Induktivität der Spule 14 des Filtergliedes 13 sorgt neben einer Geräuschvermeidung und der Möglichkeit, einen Entstörkondensator niedriger Kapazität einsetzen zu können, zudem dafür, dass auch ein Kurzschlussstrom nur langsam ansteigt. Die abzusichernde Stromgröße ist bei LED- und vergleichbaren Lasten relativ klein. Die abzusichernde Stromgröße bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur so groß, dass diese durch selbstrückstellende Sicherungen als elektrisches Bauelement ausgeführt sein können, sogenannte Polyswitche. Ermöglicht wird der Einsatz einer solchen Sicherung auch durch die Dämpfung der Spule, da derartige Sicherungen sehr viel träger sind als nicht selbstrückstellende Sicherungen.The high inductance of the coil 14 of the filter member 13, in addition to noise reduction and the ability to use a suppression capacitor low capacity, also ensures that even a short-circuit current increases only slowly. The amount of current to be protected is relatively small for LED and comparable loads. The current to be protected in the illustrated embodiment is only so large that they can be performed by self-resetting fuses as an electrical component, so-called Polyswitche. The use of such a fuse is also made possible by the damping of the coil, since such fuses are much slower than non-self-resetting fuses.

Die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen beiden antiparallelen Thyristorschaltungen können in folgender Weise integriert sein: Die beiden Thyristoren 4, 4.1 können als ein Bauteil in einem integrierten Schaltkreis mit einem 4-poligen Gehäuse ausgeführt sein, beispielsweise einem an sich bekannten TO-220 basierten Gehäuse. Dieses kann ohne Modifikation für einen solchen Triac-Dimmer eingesetzt werden. Die Ansteuerschaltungen, die die eigentlichen Ansteuerschaltungen 5, 5.1 sowie die dazugehörigen Schaltungsteile 7, 8 bzw. 7.1, 8.1 umfassen, sind unter Wahrung der Isolationsbedingungen als zwei monolithische Schaltkreise in einem Gehäuse, beispielsweise einem SMD-Gehäuse integriert.The two antiparallel thyristor circuits described in the preceding embodiment may be integrated as follows: The two thyristors 4, 4.1 may be implemented as one component in an integrated circuit with a 4-pole housing, for example a known TO-220 based housing. This can be used without modification for such a triac dimmer. The drive circuits, which include the actual drive circuits 5, 5.1 and the associated circuit parts 7, 8 and 7.1, 8.1 are, while maintaining the isolation conditions as two monolithic circuits in a housing, for example integrated into an SMD housing.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten die Erfindung umzusetzen, ohne, dass dieses im Einzelnen beschrieben werden müsste.The invention has been described with reference to an embodiment. Without departing from the scope of the applicable claims, numerous other possibilities for a person skilled in the art to implement the invention, without that this would have to be described in detail.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
PhasenanschnittdimmerPhase control dimmer
22
LED-LampeLed lamp
33
WechselspannungsquelleAC voltage source
4,4.14,4.1
Thyristorthyristor
5.5.15.5.1
Ansteuerschaltungdrive circuit
6,6.16,6.1
Gategate
7,7.17,7.1
Ansteuerleitungdrive line
8,8.18,8.1
Widerstandresistance
99
Einstellgliedadjusting
1010
Potentiometerpotentiometer
11,11
Widerstand zum Einstellen der MaximalhelligkeitResistor for setting the maximum brightness
11.111.1
Widerstand zum Trimmen der GrundhelligkeitResistance for trimming the basic brightness
12, 12.112, 12.1
Kondensatorcapacitor
1313
Filtergliedfilter element
1414
SpuleKitchen sink
1515
Entstörkondensatorsuppression capacitor

Claims (10)

Phasenanschnittsteuerung in Zweidrahttechnik für einen Niedrigenergieverbraucher, wie etwa eine LED-Lampe (2), umfassend eine elektronische Leistungsstellung mit einer durch eine einen Kern aufweisenden Spule (14) bereitgestellten Induktivität und mit einem Entstörkondensator (15), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Leistungsstellung als Thyristorsteuerung mit zwei antiparallelen Thyristorkreisen mit zumindest jeweils einem Thyristor (4, 4.1) ausgeführt ist und der Spulenkern der Spule (14) der Induktivität aus einem magnetostriktionsarmen oder magnetostriktionsfreien Werkstoff hergestellt ist.Two-wire phase-angle control for a low-energy consumer, such as an LED lamp (2) comprising an electronic power setting with an inductor provided by a core having a core (14) and an interference suppression capacitor (15), characterized in that the electronic power setting is Thyristor control with two antiparallel thyristor circuits with at least one thyristor (4, 4.1) is executed and the coil core of the coil (14) of the inductance is made of a magnetostriction poor or magnetostriction-free material. Phasenanschnittsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Spulenkerns eine Legierung mit folgender Zusammensetzung ist: 83 - 87 % Fe, 7 - 10,5 % Si und 5 - 6,5 % Al.Phase control according to claim 1, characterized in that the material of the coil core is an alloy having the following composition: 83-87% Fe, 7-10.5% Si and 5-6.5% Al. Phasenanschnittsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung zur Ausbildung des Spulenkerns folgende Zusammensetzung aufweist: 84 - 86 % Fe, 8,5 - 9,8 % Si und 5,3 - 6,1 % Al.Phase control according to claim 2, characterized in that the alloy for forming the coil core has the following composition: 84-86% Fe, 8.5-9.8% Si and 5.3-6.1% Al. Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern der Spule (14) ein Pulververbundwerkstück mit Lufteinschlüssen ist.Phase control according to one of claims 1 to 3, characterized in that the core of the coil (14) is a powder composite workpiece with air inclusions. Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entstörkondensator (15) eine Kapazität von weniger als 35 nF aufweist.Phase control according to one of claims 1 to 4, characterized in that the suppression capacitor (15) has a capacity of less than 35 nF. Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Entstörkondensator (15) eine Kapazität von 10 nF oder weniger aufweist.Phase control according to one of claims 1 to 5, characterized in that the suppression capacitor (15) has a capacitance of 10 nF or less. Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundhelligkeit durch die Beschaltung eines variablen Widerstandes (11.1) einstellbar ist und mit der Dimensionierung des Widerstandes (11) die Maximalhelligkeit so groß wie für einen sicheren Betrieb möglich fest eingestellt wird.Phase control according to one of claims 1 to 6, characterized in that the basic brightness by the wiring of a variable resistor (11.1) is adjustable and with the dimensioning of the resistor (11) the maximum brightness is set as large as possible for safe operation possible. Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltungen (5, 5.1) mit den weiteren Schaltungsteilen (7, 8 bzw. 7.1, 8.1) zur Reduzierung von Restströmen hochohmig ausgelegt ist.Phase control according to one of claims 1 to 7, characterized in that the drive circuits (5, 5.1) with the other circuit parts (7, 8 or 7.1, 8.1) is designed to reduce residual currents high impedance. Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Thyristoren (4, 4.1) in einem Gehäuse mit vier Anschlüssen integriert sind, wobei der Source-Anschluss des Thyristors (4) mit dem Drain-Anschluss des Thyristors (4.1) und der Source-Anschluss des Thyristors (4.1) mit dem Drain-Anschluss des Thyristors (4) verbunden ist.Phase control according to one of claims 1 to 8, characterized in that the two thyristors (4, 4.1) are integrated in a housing with four terminals, wherein the source terminal of the thyristor (4) to the drain terminal of the thyristor (4.1) and the source terminal of the thyristor (4.1) is connected to the drain terminal of the thyristor (4). Phasenanschnittsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaltung (5, 7, 8 bzw. 5.1, 7.1, 8.1) in einem gemeinsamen integrierten Baustein angeordnet sind, wobei die Beschaltung (5, 7, 8) für den Thyristor (4) unter Wahrung der notwendigen Isolationsspannung zu der Beschaltung (5.1, 7.1, 8.1) für den Thyristor (4.1) angeordnet ist.Phase control according to one of claims 1 to 9, characterized in that the circuit (5, 7, 8 or 5.1, 7.1, 8.1) are arranged in a common integrated module, wherein the circuit (5, 7, 8) for the thyristor (4) while maintaining the necessary isolation voltage to the wiring (5.1, 7.1, 8.1) for the thyristor (4.1) is arranged.
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