NL193625C

NL193625C - Intensity regulator for gas discharge lamps.

Info

Publication number: NL193625C
Application number: NL8204827A
Authority: NL
Original assignee: Helvar Oy
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 2000-04-04
Also published as: NL8204827A; NL193625B

Description

1 1936251 193625

Intensiteitsregelaar voor gasontladingslampenIntensity regulator for gas discharge lamps

De uitvinding heeft betrekking op een intensiteitsregelaar voor een belasting, die aangesloten is op een wisselspanningsnet, in het bijzonder een helderheidsregelaar voor een lichtbron, die een gasontladingslamp 5 en het bijbehorende inductieve voorschakelapparaat bevat, waarbij zowel tussen het net en de belasting als parallel aan de belasting, een elektronische tweerichtingsschakelaar is aangebracht en waarbij voorzien is in een stuurlogicaschakeling, die de tussen het net en de belasting aangebrachte tweerichtingsschakelaar zodanig stuurt, dat de stroom van net naar belasting in elke halve periode van de wisselspanning ten minste eenmaal wordt onderbroken.The invention relates to an intensity regulator for a load, which is connected to an AC voltage network, in particular a brightness regulator for a light source, which contains a gas discharge lamp 5 and the associated inductive ballast, whereby both between the mains and the load and in parallel with the load, an electronic two-way switch is provided and a control logic circuit is provided which controls the two-way switch installed between the mains and the load so that the current from mains to load is interrupted at least once in each alternating period of the AC voltage.

10 Een dergelijke intensiteitsregelaar is bekend uit de Britse octrooiaanvrage GB-A-2.073.510.Such an intensity regulator is known from British patent application GB-A-2.073.510.

Bij een aanzienlijk deel van de lampinrichtingen die werken met gasontladingslampen, in het bijzonder fluorescentielampen, worden deze gecompenseerd door condensatoren, dat wil zeggen telkens een condensator per lamp. Bij ontladingslampen die zonder compensatie werken, treden aanzienlijke licht-verliezen op, die extra energie kosten. Bovendien moeten de naar niet gecompenseerde lampen voerende 15 leidingen worden gedimensioneerd voor stromen, die aanzienlijk groter zijn dan voor gecompenseerde verlichtingsinrichtingen nodig is.In a substantial part of the lamp devices which work with gas discharge lamps, in particular fluorescent lamps, these are compensated by capacitors, i.e. one capacitor per lamp. In discharge lamps operating without compensation, significant light losses occur, which cost extra energy. In addition, the conduits leading to uncompensated lamps must be dimensioned for currents which are considerably larger than those required for compensated lighting devices.

Wegens de reactantie van een compensatiecondensator was het tot nog toe niet mogelijk om gecompenseerde lampen te regelen met behulp van elektronische lichtregelaars. Met de tot nog toe gebruikte regelaars en stuurinrichtingen leidde het trekkeren van een schakelelement in het verloop van een halve 20 periode van de netspanning tot uitval of ten minste tot een gestoord bedrijf van de lampen als gevolg van de door de compensatiecondensatoren opgenomen reactieve stroom.Due to the reactance of a compensation capacitor, it has hitherto not been possible to control compensated lamps using electronic light controllers. With the controllers and control devices used hitherto, the triggering of a switching element over the course of half a period of the mains voltage led to failure or at least to disturbed operation of the lamps as a result of the reactive current absorbed by the compensation capacitors.

Aan de uitvinding ligt het doel ten grondslag een intensiteitsregelaar zoals omschreven in de aanhef, zodanig verder te ontwikkelen, dat deze geschikt is voor het regelen van belastingen met willekeurige compensatiegraad.The object of the invention is to further develop an intensity controller as described in the preamble, such that it is suitable for controlling loads with arbitrary degree of compensation.

25 Hiertoe heeft de intensiteitsregelaar volgens de uitvinding het kenmerk, dat elke elektronische tweerichtingsschakelaar twee transistoren omvat, waarvan de collectoren of emittoren met elkaar verbonden zijn, dat parallel ten opzichte van elke transistor een diode is aangebracht, waarvan de doorlaatrichting loopt van de emittor van de parallel geschakelde transistor naar de collector, en dat de stuurlogicaschakeling de transistoren in de tussen net en belasting aangebrachte tweerichtingsschakelaar zodanig aanstuurt, dat in 30 elke halve periode van de wisselspanning een stroom van de last naar het net ook plaats kan vinden in de tijden, waarin de stroom van het net naar de belasting is onderbroken.For this purpose, the intensity regulator according to the invention is characterized in that each electronic two-way switch comprises two transistors, the collectors or emitters of which are connected to each other, that a diode is arranged parallel to each transistor, the forward direction of which extends from the emitter of the transistor connected in parallel to the collector, and that the control logic circuit controls the transistors in the bi-directional switch arranged between the mains and the load such that a current can be supplied from the load to the mains in every half period of the AC voltage during the times in which the power from the grid to the load has been interrupted.

Daarbij valt in het bijzonder op te merken, dat bij een duidelijke overcompensering van de belasting haar spanning de netspanning niet kan overtreffen, omdat de energie automatisch over de tussen het net en de belasting aangebrachte elektronische tweerichtingsschakelaar in het net ontladen wordt, terwijl bij lage 35 compensatiegraad geen stroompieken wegens kleine spanningsverschillen tussen net en belasting worden opgewekt.In particular, it should be noted that with a marked overcompensation of the load, its voltage cannot exceed the mains voltage, because the energy is automatically discharged into the mains via the electronic two-way switch between the mains and the load, while at low 35 compensation degree no current peaks are generated due to small voltage differences between mains and load.

Uit DE-OS-2.644.553 is het bekend dat de lichtregeling van gecompenseerde lampen mogelijk is, wanneer de stuurschakeling de voedingsstroom steeds inschakelt bij de nuldoorgang en deze ten minste eenmaal in elke halve periode door openen van de tussen het net en de belasting aangebrachte twee-40 richtingsschakelaar onderbreekt.From DE-OS-2,644,553 it is known that the light control of compensated lamps is possible if the control circuit always switches on the supply current at zero crossing and opens it at least once every half period by opening the connection between the mains and the load two-40 direction switch interrupts.

De praktische verwezenlijking van dit principe stuit evenwel op verschillende problemen, bijvoorbeeld op dat van de verschillende compensatiegraden van de lampen. Wanneer de lamp voldoende wordt gecompenseerd, kan de spanning in de lamp, na onderbreking van de netstroom, langzamer afvallen dan de netspanning. Er dient daarom energie van de lamp naar het net te kunnen worden overgedragen, zodat een 45 spanningsverschil tussen net en belasting klein blijft.The practical implementation of this principle, however, has several problems, for example that of the different degrees of compensation of the lamps. If the lamp is sufficiently compensated, the voltage in the lamp may drop more slowly than the mains voltage after the mains power has been interrupted. It must therefore be possible to transfer energy from the lamp to the mains, so that a voltage difference between mains and load remains small.

Wanneer de compensatiegraad van een lamp klein is, vertoont een spanning van de lamp na een door het schakelelement veroorzaakte stroomonderbreking de neiging op een ten opzichte van de netspanning complementaire spanning over te gaan. Bij een lage compensatiegraad stijgt deze complementaire spanning onder omstandigheden zo veel, dat de schakelelementen kunnen worden vernield.When the degree of compensation of a lamp is small, a voltage of the lamp tends to change to a voltage which is complementary to the mains voltage after a current interruption caused by the switching element. At a low degree of compensation, this complementary voltage increases under conditions so much that the switching elements can be destroyed.

50 Een verdere uitvoering van de uitvinding heeft tot kenmerk, dat voor de bepaling van het tijdstip van de stroomonderbreking door de tussen het net en de belasting aangebrachte elektronische tweerichtingsschakelaar de stuurlogicaschakeling voorzien is van een integrator, een netspanning-nuldoorgang-sensor en een referentiespanninginstelinrichting, waarbij de integrator de netspanning vanaf de nuldoorgang integreert en dan, wanneer de geïntegreerde spanning de referentiespanning bereikt, een stuursignaal voor een 55 vergelijkingsschakeling en daardoor de stuurlogica voor de elektronische tweerichtingsschakelaar levert, teneinde de elektronische tweerichtingsschakelaar de stroom in de betreffende richting te laten onderbreken. Bij een verdere uitvoering start de regelingsafhankelijke sturing voor de in elke periode gestuurde transistor 193625 2 van de tussen net en belasting aangebrachte elektronische tweerichtingsschakelaar met een kleine fasehoekafstand ten opzichte van het nuldoorgangspunt van de netspanning, terwijl één van de transistoren gedurende ten minste de totale halve periode is doorgeschakeld.A further embodiment of the invention is characterized in that the control logic circuit is provided with an integrator, a mains voltage zero-crossing sensor and a reference voltage setting device for determining the time of the power interruption by the electronic two-way switch arranged between the mains and the load. the integrator integrating the mains voltage from the zero crossing and then, when the integrated voltage reaches the reference voltage, provides a control signal for a 55 comparator circuit and thereby the control logic for the electronic bidirectional switch, to cause the electronic bidirectional switch to interrupt the current in the respective direction. In a further embodiment, the control-dependent control for the transistor 193625 2 of the mains-loaded electronic bi-directional switch applied in each period starts at a small phase angle distance from the zero crossing point of the mains voltage, while one of the transistors runs for at least the total half period has been forwarded.

De transistoren en de dioden kunnen op een platine zonder isolering samengeschakeld worden, of in een 5 vaste-stof-element zijn geïntegreerd.The transistors and the diodes can be connected together on a board without insulation or integrated in a solid-state element.

De naar de stuurlogicaschakeling voerende leiding is aangesloten op een transformatoreenheid, die als beschermingsfunctie dan, wanneer de belastingsstroom van de beide elektronische tweerichtings-schakelaars een toelaatbare grootte te boven gaat, in de stuurschakeleenheden een signaal opwekt, dat de bijbehorende elektronische tweerichtingsschakelaar ten minste tot de eerstvolgende nuldoorgang van de 10 netspanning afschakelt.The line leading to the control logic circuit is connected to a transformer unit which, as a protective function, when the load current of the two electronic two-way switches exceeds an admissible magnitude, generates in the control switch units a signal that the associated electronic two-way switch is at least up to the switches off the next zero crossing of the mains voltage.

Bij de regeling van verschillende gasontladingslampen worden de volgende voordelen bereikt:When controlling different gas discharge lamps, the following advantages are achieved:

Fluorescentielampen met een diameter van 38 mm met glimstarter worden onafhankelijk van de compensatiegraad op dezelfde wijze geregeld als bij gebruikelijke regelaars zonder compensatie. Met een ontstekingskring te starten 38 mm fluorescentielampen, worden onafhankelijk van de compensatiegraad 15 beter geregeld dan met de gebruikelijke regelaars zonder compensatie. Fluorescentielampen van 26 mm diameter zijn met behulp van de bekende regelaar op geen enkele wijze betrouwbaar te sturen. Bij gebruik van de regelaar volgens de uitvinding kunnen deze lampen met ontstekingsstroomkring onafhankelijk van de compensatiegraad worden geregeld.Fluorescent lamps with a diameter of 38 mm with a glow starter are controlled in the same way, regardless of the degree of compensation, as with conventional controllers without compensation. 38 mm fluorescent lamps, which can be started with an ignition circuit, are controlled better independently of the degree of compensation than with the usual controllers without compensation. Fluorescent lamps with a diameter of 26 mm cannot be reliably controlled in any way with the aid of the known controller. When using the regulator according to the invention, these lamps with an ignition circuit can be controlled independently of the degree of compensation.

Kwikdamplampen kunnen met behulp van de regelaar volgens de uitvinding onafhankelijk van de 20 compensatiegraad effectiever worden geregeld dan met behulp van de gebruikelijke regelaar zonder compensatie.Mercury vapor lamps can be controlled more effectively with the aid of the regulator according to the invention, irrespective of the degree of compensation, than with the aid of the usual regulator without compensation.

Evenals kwikdamplampen, kunnen ook natriumdamplampen beter worden geregeld dan door middel van de gebruikelijke regelaar. Beide lampsoorten kunnen op een lager niveau dan bij gebruik van de gebruikelijke regelaar worden geregeld. De omlaag-regeling kan ook wezenlijk sneller plaatsvinden dan door middel 25 van de gebruikelijke regelaar.Like mercury vapor lamps, sodium vapor lamps can also be controlled better than with the usual regulator. Both lamp types can be controlled at a lower level than when using the usual controller. The down-regulation can also take place considerably faster than by means of the usual regulator.

De verbetering van de regeling berust in verregaande mate op het feit, dat bij het afschakelen van de stroomtoevoer van net naar lamp de stroom van de lamp naar het net niet wordt onderbroken: veeleer is het mogelijk gebruik te maken van de opgeslagen energie van de compensatiecondensator en de smoorspoe-len, waarbij de tijdspanne van stroomloosheid van een lamp korter is dan bij de gebruikelijke inrichtingen, 30 waardoor de regelkarakteristiek bijvoorbeeld door verminderen van de ontstekingsspanning voor hernieuwd ontsteken aanzienlijk wordt vergemakkelijkt.The improvement of the regulation is largely based on the fact that when the power supply from mains to lamp is switched off, the current from the lamp to the mains is not interrupted: rather it is possible to use the stored energy of the compensation capacitor and the chokes, wherein the time span of a lamp's currentlessness is shorter than in conventional devices, thereby greatly facilitating the control characteristic, for example, by reducing the ignition voltage for re-ignition.

In het volgende worden enige uitvoeringsvormen van de uitvinding toegelicht aan de hand van de tekening. In de tekening toont c.q. tonen: 35 figuur 1 een blokschema waarin het principe van een regelaar volgens de uitvinding is weergegeven, figuur 2 een voorkeursuitvoering van schakelelementen S1 en S2, toegepast in de regelaar volgens figuur 1, figuur 3 de gekromde vorm van de ingangs- en uitgangsspanning van een regelaar volgens de uitvinding, figuur 4 een blokschema van de sturing van de schakelelementen van een regelaar volgens de 40 uitvinding, figuur 5 een eerste alternatief voor de tijdsbesturing van de schakelelementen van een regelaar volgens de uitvinding, figuur 6 een tweede alternatief voor de tijdsbesturing van de regeling van de genoemde schakelelementen, 45 figuur 7 een derde alternatief voor de tijdsbesturing van de regeling van de genoemde schakelelementen, en figuur 8 en figuur 9 schakelelementen uitgevoerd als geïntegreerde schakeling.In the following, some embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. In the drawing, figure 1 shows a block diagram in which the principle of a controller according to the invention is shown, figure 2 shows a preferred embodiment of switching elements S1 and S2, applied in the controller according to figure 1, figure 3, the curved shape of the input - and output voltage of a regulator according to the invention, figure 4 a block diagram of the control of the switching elements of a regulator according to the invention, figure 5 a first alternative for the time control of the switching elements of a regulator according to the invention, figure 6 a second alternative for the time control of the control of the said switching elements, figure 7 a third alternative for the time control of the control of the said switching elements, and figure 8 and figure 9 switching elements designed as an integrated circuit.

Figuur 1 toont het principe van een helderheidsregelaar voor de regeling van de lichtintensiteit van een 50 gasontladingslamp, in het bijzonder een fluorescentielamp L. De fluorescentielamp L is daarbij via een ontstoringsfilter 1 aangesloten op een wisselstroomnet. Een bijv. door een spoel gevormde inductantie 3 begrenst de stroom van de lamp L. Ter begrenzing van het fluorescentievermogen is in de stroomkring een compensatiecondensator 2 voor elke fluorescentielamp L ingeschakeld.Figure 1 shows the principle of a brightness controller for controlling the light intensity of a gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp L. The fluorescent lamp L is connected to an alternating current network via an interference filter 1. An inductance 3 formed by a coil, for example, limits the current of the lamp L. To limit the fluorescence power, a compensation capacitor 2 is switched on in the circuit for each fluorescent lamp L.

De regelaar volgens de uitvinding bevat een eerste, met de fluorescentielamp L in serie geschakeld 55 schakelelement S1. Een tweede schakelelement S2 is parallel aan een belasting, resp. fluorescentielamp L tussen deze en het eerste schakelelement S1 geschakeld. Een aan de hand van figuur 4 nog nader toe te lichten stuurlogicaschakeling 4 stuurt de schakelelementen S1 en S2, die bij de uitvoeringsvorm volgens 3 193625 figuur 2 bestaan uit twee transistoren a en b, waarvan de collectoren gekoppeld zijn. De transistoren a en b kunnen zodoende op een gemeenschappelijke koelpiaat zonder isolatie geschakeld worden. Een dergelijk schakelelement kan ook door integreren van de transistoren a en b op een halfgeleiderelement tot stand gebracht worden. Parallel aan elke transistor a resp. b zijn onderling tegengesteld in keerrichting gescha-5 kelde dioden c en d aangebracht, waarvan de ontladingsrichting loopt van de emitter naar de collector van de daarmee parallel geschakelde transistor a resp. b. In het geval van de uitvoering als geïntegreerde schakeling kunnen de dioden c en d op de in figuur 8 weergegeven wijze met de betreffende transistoren zijn geïntegreerd.The controller according to the invention comprises a first switching element S1 connected in series with the fluorescent lamp L. A second switching element S2 is parallel to a load, respectively. fluorescent lamp L switched between this and the first switching element S1. A control logic circuit 4, to be explained in more detail with reference to Figure 4, controls the switching elements S1 and S2, which in the embodiment according to figure 3, 36625, consist of two transistors a and b, the collectors of which are coupled. The transistors a and b can thus be connected to a common cooling plate without insulation. Such a switching element can also be produced by integrating transistors a and b on a semiconductor element. Parallel to each transistor a resp. b diodes c and d are arranged opposite to each other in reverse direction, the discharge direction of which extends from the emitter to the collector of the transistor a and connected in parallel thereto. b. In the case of the integrated circuit design, the diodes c and d can be integrated with the respective transistors in the manner shown in Figure 8.

De voeding en synchronisatie van de stuurlogicaschakeling 4 geschiedt via een leiding 6 vanaf het 10 stroomnet. Met een leiding 5 is een stroombegrenzende besturing weergegeven, die dient voor het afschakelen van de besturing door de schakelelementen S1 en S2 tot aan de volgende nuldoorgang van de netspanning, wanneer de belastingstroom van een schakelelement een toegelaten waarde overschrijdt.The control logic circuit 4 is powered and synchronized via a line 6 from the mains. A current-limiting control is indicated by a line 5, which serves to switch off the control by the switching elements S1 and S2 until the next zero crossing of the mains voltage, when the load current of a switching element exceeds an admissible value.

De grafische weergave volgens figuur 3 maakt het werkingsprincipe van de regelaar duidelijk. De ingangsspanning van de regelaar bezit een sinusgolfvorm. De uitgangsspanning stijgt overeenkomstig een 15 corresponderende curve vanaf de nuldoorgang van de spanning, totdat een gewenst onderbrekingspunt voor de schakeling bereikt is. Op dit moment wordt de schakeieenheid, dat wil zeggen de transistor a, van het schakelelement S1, dat tot nog toe gesloten was, geopend, terwijl de andere schakeieenheid, dat wil zeggen de transistor b, verder gesloten blijft. Op deze wijze wordt een stroom van het net naar de belasting onderbroken, en begint de uitgangsspanning van de regelaar in afhankelijkheid van de compensatiegraad 20 van de belasting af te vallen.The graphical representation according to figure 3 illustrates the operating principle of the controller. The regulator input voltage has a sine waveform. The output voltage rises in accordance with a corresponding curve from the voltage zero crossing until a desired circuit breakpoint is reached. At this time, the switching unit, i.e. the transistor a, of the switching element S1, which has hitherto been closed, is opened, while the other switching unit, i.e. the transistor b, remains closed. In this way, a current from the mains to the load is interrupted, and the output voltage of the regulator starts to drop depending on the degree of compensation of the load.

In figuur 3 zijn verschillende mogelijkheden weergegeven: I. ondergecompenseerde lamp II. gecompenseerde lamp lil. overgecompenseerde lamp.Various options are shown in figure 3: I. undercompensated lamp II. offset lil lamp. overcompensated lamp.

25 Op grond van de parallel ten opzichte van de transistoren b en a geschakelde dioden d resp. c bestaat evenwel de mogelijkheid voor een automatische stroomterugvoering van de belasting naar het net, in het geval de belastingspanning de netspanning zou overschrijden.On the basis of diodes d resp. Connected diagonally with respect to transistors b and a. c, however, there is the option of an automatic current return of the load to the mains, in case the load voltage should exceed the mains voltage.

De stuurlogicaschakeling 4 voor de schakelelementen S1 en S2, zal thans worden toegelicht aan de hand van figuur 4.The control logic circuit 4 for the switching elements S1 and S2 will now be explained with reference to Figure 4.

30 De regelaar bouwt door middel van een eigen spanningsbron 7 vanaf de netleiding 6 een voor de stuurlogicaschakeling benodigde bedrijfsspanning op.The controller builds up an operating voltage required for the control logic circuit by means of its own voltage source 7 from the mains cable 6.

Om de netspanning te kunnen volgen, bevat de inrichting een synchronisatiekring 8. Door een nul-doorgangssensor wordt een informatiesignaal in correspondentie met de nuldoorgang van de netspanning geleverd. De schakeling bevat verder een inrichting 10 voor het volgen van de netspanningspolariteit.In order to be able to monitor the mains voltage, the device comprises a synchronizing circuit 8. An information signal in correspondence with the zero crossing of the mains voltage is supplied by a zero-crossing sensor. The circuit further includes a device 10 for monitoring the mains voltage polarity.

35 Ter bepaling van de schakelonderbrekingen van de sturing voor het schakelelement S1 wordt in een integrator 11 een de netspanning integrerende functie gevormd. De integratie begint aan de nuldoorgang van de netspanning. Wanneer de geïntegreerde spanning een bijv. door middel van een potentiometer 12 vooringestelde referentiespanning bereikt, levert een vergelijkingsketen 13 een logisch signaal voor het openen van de transistor a van het schakelelement S1, teneinde de stroom van het net naar de belasting te 40 blokkeren. Dankzij de integratie vindt het afschakelen bij hogere netspanning eerder plaats dan bij lagere spanning, zodat veranderingen of schommelingen van de netspanning een wezenlijk kleinere invloed op de lichtintensiteit van de lampen hebben dan bij een normale op een tijdmeting gebaseerde regeling.To determine the switching interruptions of the control for the switching element S1, an integrating function integrating the mains voltage is formed in an integrator 11. The integration starts at the zero crossing of the mains voltage. When the integrated voltage reaches a reference voltage preset by means of a potentiometer 12, for example, a comparison circuit 13 supplies a logic signal for opening the transistor a of the switching element S1, in order to block the current from the mains to the load. Thanks to the integration, switching off at a higher mains voltage takes place earlier than at a lower voltage, so that changes or fluctuations in the mains voltage have a significantly smaller influence on the light intensity of the lamps than with a normal time-based control.

Op basis van de nuldoorgangsgegevens van de netspanning, de polariteit en de door de vergelijkingsketen 13 geleverde afschakeldata, levert de logische schakeling 14 logische stuursignalen voor de 45 schakeleenheden van het schakelelement S1. De logische schakeling 15 dient ervoor om op basis van de nuldoorgangen en de polariteit van de netspanning logische stuursignalen voor het sturen van de schakeleenheden van het schakelelement S2 te leveren. De stuursignalen kunnen op drie verschillende wijzen, zoals aan de hand van de figuren 5 tot 7 nog zal worden toegelicht, tijdgestuurd worden.On the basis of the zero crossing data of the mains voltage, the polarity and the switch-off data supplied by the comparison circuit 13, the logic circuit 14 supplies logic control signals for the 45 switching units of the switching element S1. The logic circuit 15 serves to supply logic control signals for controlling the switching units of the switching element S2 on the basis of the zero crossings and the polarity of the mains voltage. The control signals can be time-controlled in three different ways, as will be further explained with reference to Figures 5 to 7.

De stuursignalen worden in een eenheid 16 galvanisch van de netspanning gescheiden. Na de 50 galvanische scheiding worden de stuursignalen in schakelstuureenheden 18 en 20 omgezet in een stuurstroom voor de schakeleenheden a en b van de schakelelementen S1 en S2. Een deel van de voor de schakelstuureenheden 18 en 20 benodigde stuurstroom wordt opgenomen van de spanningsbron 7. Het grootste deel van de stuurstroom wordt evenwel opgewekt door een transformatoreenheid 22, die wordt gevoed door het net (zie figuur 1 pijl resp. leiding 5). Zodoende kan de stuurstroom voor het schakelelement 55 S1 in overeenstemming met de belasting worden verhoogd. Bij een lage belastingsstroom is het zodoende mogelijk een extra stroomverbruik in de stuurschakeling te elimineren. Bij een hoge belastingsstroom wordt bovendien de weerstand van de schakeltransistoren verbeterd, aangezien de basisstroom van de transistor 193625 4 in overeenstemming met de belastingstroom kan worden verhoogd.The control signals are galvanically isolated from the mains voltage in a unit 16. After the galvanic isolation, the control signals in switching control units 18 and 20 are converted into a control current for the switching units a and b of the switching elements S1 and S2. A part of the control current required for the switch control units 18 and 20 is taken from the voltage source 7. However, the majority of the control current is generated by a transformer unit 22, which is fed by the mains (see figure 1 arrow or line 5). Thus, the control current for the switching element 55 S1 can be increased in accordance with the load. With a low load current it is thus possible to eliminate an additional current consumption in the control circuit. In addition, with a high load current, the resistance of the switching transistors is improved, since the base current of the transistor 193625 4 can be increased in accordance with the load current.

Een soortgelijk gestuurde inrichting kan zijn aangebracht voor de schakeleenheden a en b van het schakelelement S2, welke stuurinrichting in figuur 4 algemeen met 21 is aangegeven.A similarly controlled device can be provided for the switching units a and b of the switching element S2, which control device is generally indicated by 21 in Figure 4.

Figuur 5 toont een eerste alternatief voor de sturing van de schakeleenheden a en b van de schakel-5 elementen S1 en S2. Daarbij geven de gearceerde gebieden de van de regeling afhankelijke sturing aan. Het bovenste niveau betekent de gesloten positie van een schakelelement, terwijl het onderste niveau de open positie aangeeft. Vanaf de nuldoorgang van de netspanning is de schakeleenheid S1b gesloten, terwijl de schakeleenheid Sla eerst na een kleine fasehoek na de nuldoorgang gesloten wordt. Op een bepaald stroomafschakelingsmoment wordt de schakeleenheid S1a geopend, terwijl de schakeleenheid S1b verder 10 gesloten blijft, waarbij deze toestand aanblijft tot aan de volgende nuldoorgang van de netspanning. Deze situatie herhaalt zich nu op dezelfde wijze, waarbij evenwel de posities van de schakeleenheden S1a en S1b functioneel zijn omgekeerd. Er valt verder op te merken, dat een van de regeling van de schakeleenheden S1a en S1b afhankelijke sturing in een kleine fasehoekafstand van de nuldoorgang van de netspanning beëindigd en ingeleid wordt. De sturing van de schakeleenheden S2a en S2b van het 15 schakelelement S2 geschiedt in afhankelijkheid van de netspanning op een zodanige wijze, dat de stroom niet in de richting van de netstroom, maar in tegengestelde richting kan lopen, wanneer na de stroomaf-schakeling van het schakelelement S1 de spanning ten opzichte van de netspanning omkeert. Het schakelelement S2 houdt zodoende de belastingspanning na stroomafschakeling op ongeveer nul, doordat het stroom naar de ontladingslamp L geleidt, wanneer de belastingspanning tegengesteld in polariteit is aan 20 de netspanning. Op deze wijze kan het ontstaan van voor de componenten schadelijke spanningspieken worden vermeden, terwijl de totale stroom of naar de lamp L of naar de netleiding teruggevoerd wordt.Figure 5 shows a first alternative for controlling the switching units a and b of the switching elements S1 and S2. The shaded areas indicate the control dependent on the control. The top level means the closed position of a switching element, while the bottom level indicates the open position. The switching unit S1b is closed from the zero crossing of the mains voltage, while the switching unit Sla is closed only after a small phase angle after the zero crossing. At a certain current disconnection moment, the switching unit S1a is opened, while the switching unit S1b remains further closed, this state remaining until the next zero crossing of the mains voltage. This situation now repeats in the same manner, however, the positions of the switching units S1a and S1b are functionally reversed. It should further be noted that a control dependent on the control of the switching units S1a and S1b is terminated and initiated in a small phase angle distance from the zero crossing of the mains voltage. The switching units S2a and S2b of the switching element S2 are controlled in dependence on the mains voltage in such a way that the current cannot flow in the direction of the mains current, but in the opposite direction, after the current has been switched off. switching element S1 reverses the voltage with respect to the mains voltage. The switching element S2 thus keeps the load voltage at approximately zero after power off, in that it conducts current to the discharge lamp L when the load voltage is opposite in polarity to the mains voltage. In this way, the occurrence of voltage peaks harmful to the components can be avoided, while the total current is returned either to the lamp L or to the mains.

Uit figuur 5 blijkt verder, dat beide schakeleenheden a en b van het schakelelement S2 aan beide zijden van de nuldoorgang van de netspanning in correspondentie met de fasehoek, waarbij de schakeleenheden a en b van het schakelelement S2 niet aan een regelingsafhankelijke sturing zijn onderworpen, gedurende 25 korte tijd worden geopend.Figure 5 further shows that both switching units a and b of the switching element S2 on both sides of the zero crossing of the mains voltage correspond to the phase angle, wherein the switching units a and b of the switching element S2 are not subject to a control-dependent control, during 25 are opened for a short time.

De omkering van de schakeltoestanden van de schakeleenheden a en b van het schakelelement S2 kan evenwel op de in figuur 6 weergegeven wijze nauwkeurig in de tijd op de nuldoorgang van de netspanning worden gesynchroniseerd. In elk ander opzicht is deze sturingsvariant overeenkomstig aan die van figuur 5.However, the reversal of the switching states of the switching units a and b of the switching element S2 can be accurately synchronized in time to the zero crossing of the mains voltage in the manner shown in Figure 6. In any other respect, this control variant is similar to that of Figure 5.

De in figuur 7 weergegeven sturing onderscheidt zich van die van figuur 6, doordat aan de nuldoorgang 30 van de netspanning of zelfs iets daarvoor beide schakeleenheden S2a en S2b van het schakelelement S2 worden gesloten, totdat gedurende een regelingsafhankelijke sturing een gegeven stroomgerichte schakel-eenheid a of b opent.The control shown in Figure 7 differs from that of Figure 6 in that both the switching units S2a and S2b of the switching element S2 are closed at the zero crossing of the mains voltage or even slightly before it, until a given current-oriented switching unit a during a control-dependent control or b opens.

Teneinde beschadiging van de schakelelementen in het geval van kortsluiting te verhinderen, is voorzien in een transformator, die in afhankelijkheid van hun belasting een signaal genereert, en wanneer dit signaal 35 een toegelaten grootte overschrijdt, wordt het betreffende schakelelement ten minste tot aan de volgende nuldoorgang van de netspanning (stroombegrenzingsbesturing volgens figuur 1) door de sturing afgeschakeld.In order to prevent damage to the switching elements in the event of a short circuit, a transformer is provided, which generates a signal depending on their load, and when this signal exceeds an allowable size, the relevant switching element becomes at least until the next zero crossing of the mains voltage (current limiting control according to figure 1) switched off by the control.

Het basisprincipe van werken van de schakelelementen S1 en S2 is, dat energie wordt geleid door het schakelelement naar de belasting vanaf de nuldoorgang van de netspanning, totdat de integrator 11 van de 40 stuurschakeling een ingestelde waarde bereikt.The basic principle of operation of the switching elements S1 and S2 is that energy is passed through the switching element to the load from the zero crossing of the mains voltage, until the integrator 11 of the control circuit reaches a set value.

Wanneer de belasting voldoende is gecompenseerd, kan de belastingspanning langzamer afvallen dan de netspanning (zie de overgecompenseerde kromme III in figuur 3). Hierop begint het schakelelement S1 te geleiden, zodat de elektrische energie de neiging heeft van de belasting naar het net te gaan. Het spanningsverschil tussen net en belasting blijft dientengevolge klein.When the load is sufficiently compensated, the load voltage can drop more slowly than the mains voltage (see the overcompensated curve III in figure 3). The switching element S1 then begins to conduct, so that the electrical energy tends to pass from the load to the mains. The voltage difference between mains and load therefore remains small.

45 Wanneer de compensatiegraad van de belasting klein is (vergelijk kromme 1 in figuur 3), heeft de belastingspanning de neiging om na het afschakelen van het schakelelement S1 over te gaan op de aan de netspanning tegengestelde polariteit, waarbij de inductieve belasting haar stroom afneemt van de compensatiecondensator 2. Bij lage compensatiegraad van de spanning stijgen tot een zo grote waarde, dat de schakelelementen, indien geen tegenmaatregelen worden getroffen, vernietigd worden. Dit wordt 50 verhinderd door het schakelelement S2, dat de stroom naar de lamp begint te geleiden, wanneer de belastingspanning ten opzichte van de netspanning de tegengestelde richting (polariteit) bezit. Op het stroomgerichte inschakeltijdstip van het schakelelement S1 kan zodoende ten gevolge van een klein spanningsverschil geen grote stroompiek ontstaan.45 When the load compensation degree is small (compare curve 1 in Figure 3), the load voltage tends to change to the polarity opposite the mains voltage after the switching element S1 has been switched off, the inductive load decreasing its current from the compensation capacitor 2. At a low degree of compensation of the voltage rise to such a high value that the switching elements are destroyed if no countermeasures are taken. This is prevented by the switching element S2 which starts to conduct the current to the lamp when the load voltage has the opposite direction (polarity) to the mains voltage. Thus, at the current-oriented switch-on time of the switching element S1, no large current peak can arise due to a small voltage difference.

Hoewel de uitvinding in het bovenstaande is beschreven aan de hand van een regelaar voor de 55 intensiteit resp. helderheid van in verschillende mate gecompenseerde ontladingslampen, is zij ook op voordelige wijze toe te passen op de regeling van gloeilampen, alsook op de regeling van de intensiteit van verschillende capacitieve, inductieve en ohmse belastingen.Although the invention has been described above with reference to a regulator for the 55 intensity resp. brightness of differently compensated discharge lamps, it is also advantageously applicable to the control of incandescent lamps, as well as to control the intensity of different capacitive, inductive and ohmic loads.

Claims

5 193625

1. Load intensity regulator, which is connected to an AC mains, in particular a light source brightness regulator, containing a gas discharge lamp and the associated inductive ballast, with an electronic two-way switch between the mains and the load as well as parallel to the load provided with a control logic circuit which controls the bi-directional switch arranged between the mains and the load such that the current from mains to the load is interrupted at least once in each half period of the AC voltage, characterized in that 10 each electronic two-way switch (S1, S2) comprises two transistors (a, b, Figure 2), the collectors or emitters of which are connected to each other, which is a diode (c, d) parallel to each transistor (a, b) the forward direction of which extends from the emitter of the parallel-connected transistor to the collector, and that the control logic circuit (4) controls the transistors in the tweets directional switch (S1, figure 1) fitted between the mains and the load, in such a way that a current from the load (L) to the mains also takes place in each half period of the AC voltage. can find in times when the power from the grid to the load is interrupted.

Intensity controller according to claim 1, characterized in that the control logic circuit (4) is provided with an integrator (11) for determining the time of the power interruption by the electronic two-way switch (S1) arranged between the mains and the load. ), a mains voltage zero crossing sensor (9) and a reference voltage setting device (12), the integrator (11) integrating the mains voltage from the zero crossing and then, when the integrated voltage reaches the reference voltage, a control signal for a comparison circuit (13 ) and thereby provides the control logic for the electronic bidirectional switch (14) to cause the electronic bidirectional switch (S1) to interrupt the current in the respective direction.

Intensity controller according to claim 1 or 2, characterized in that the control-dependent control for the transistor (a; b) of the electronic bi-directional switch (S1) applied between mains and load, which starts in each period, starts with a small phase angle distance from the zero crossing point of the mains voltage, and that one of the transistors (a; b) is switched on for at least the total half period.

Intensity controller according to claims 1 to 3, characterized in that the transistors (a; b) and the diodes (c; d) are connected together on a board without insulation or integrated in a solid-state element.

Intensity controller according to one or more of the preceding claims, characterized in that the line (5) leading to the control logic circuit (4) is connected to a transformer unit (22) which, when the load or load current of the two electronic bi-directional switches (SI; S2) exceed an allowable magnitude, in the control switching units (18; 20) a signal is generated which switches off the associated electronic bi-directional switch (S1; S2) at least until the next zero crossing of the mains voltage. Hereby 5 sheets drawing