NL8900231A

NL8900231A - Helderheidsregelketen voor gloeilampen en aftaknetdelen met een beveiligings- en begrenzingsketen voor het verkrijgen van een elektronische beveiliging.

Info

Publication number: NL8900231A
Application number: NL8900231A
Authority: NL
Original assignee: Insta Elektro Gmbh & Co Kg
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1989-10-16
Also published as: NO891358L; FI891382A; FI891382A0; FR2629663A2; NO891358D0; GB8907177D0; BE1002887A3; DK13489D0; GB2217123A; IT8919810A0; IT1228666B; DK13489A

Description

-1- »

Helderheidsregelketen voor gloeilampen en aftaknet-delen met een beveiligings- en begrenzingsketen voor het verkrijgen van een elektronische beveiliging.

5 De uitvinding heeft betrekking op een helder- heidsregelketen, waarbij men de bij gebruikelijke fase-aansluitregelingen in combinatie met triacs gebruikte vonkontstoormiddelen kan weglaten en desalniettemin voldoende vonkontstoorspanningsonderdrukking bereikt 10 met een tegelijk verwezenlijkte ruisvrijheid van de regelketen. Een dergelijke keten is beschreven in de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 88 03 028 op naam van aanvraagster.

In de hierin beschreven helderheidsregelketen 15 wordt een zelfsperrende veldeffecttransistor in de diagonaal van een gelijkrichter door een regelketen zodanig gestuurd, dat de veldeffecttransistor in de nuldoorgang van de wisselspanning geleidend is en gedurende een instelbare tijdsperiode in de regelketen 20 voor een gewenst deel van de netperiodehelft in de geleidingstoestand blijft en hierna met een dienovereenkomstig ingestelde flank voor het bereiken van de eerstvolgende nuldoorgang afschakelt.

De uitvinding beoogt de helderheidsregelketen 25 van de bovenbeschreven soort te verbeteren door haar te voorzien van een elektronische beveiliging. Hierdoor komt Het bij gebruikelijke dimmers noodzakelijk verwisselen van de doorgesmolten veiligheid, bijvoorbeeld bij kortsluiting als gevolg van een doorbranden van 30 de gloeispiraal van een gloeilamp, te vervallen. Daar hierbij een aanpassing van de stoor- en piekbegrenzings-elementen en van de beveiligingsinrichting vereist is, zijn ten opzichte van de genoemde bekende helderheidsregelketen aanvullende schakelingsmaatregelen 35 nodig.

Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding bereikt met de kenmerken, omschreven in het kenmerkdeel van conclusie 1.

De keten volgens de uitvinding biedt het 89 00231." •4 <* -2- voordeel van een stroombegrenzing bij doorgeschakelde MOS-FET-transistor in het geval van een kortsluiting aan de belasting of ontlading als gevolg van een ingekoppelde overmatig verhoogde spanning (pieken).

5 Verdere voordelen en kenmerken van de keten volgens de uitvinding zijn omschreven in de volgconclusies* Dë uitvinding wordt hieronder nader toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld van de beveili-gings- en begrenzingsketen volgens de uitvinding met 10 verwijzing naar de bijbehorende tekeningen. Hierin toont: Fig. 1 het bekende schakelschema voor de helderheidsregelketen van gloeilampen en aftaknetdelen, fig. 2 een gunstige uitvoeringsvorm van de beveiligings- en begrenzingsketen volgens de uitvinding, 15 fig. 3 een grafische voorstelling van het verloop van de afschakelspanning, en fig. 4 een automatische omschakeling voor het reduceren van het verliesvermogen bij in stand houding van de stoorspanning.

20 Het in fig. 1 weergegeven blokschema toont een overzicht van de helderheidsregelketen zoals beschreven in de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage 8803028. Hierin omvat het blok I de gelijkrichter GL, de varistor Vs voor de piekbegrenzing en de voorgeschakelde smoorspoel 25 Ls, waarvan de inductantie kleiner is dan de voorweer-stand bij snelle pieken voor de varistor Vs.

Het blok II omvat de MOS-FET-transistor Tl en de niet ingetekende beveiligings- en begrenzingsketen, alsmede de keten voor het vormen van de 30 afschakelflank.

Het blok III omvat de reeds bekende voedings-spanningslevering voor de monoflop, de aftasting van de netperiodehelft en de trekkering van de monoflop bij nuldoorgang van de netperiodehelft en de monoflop 35 zelf, waarvan de tijd door middel van een potentiometer instelbaar is.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de keteninrichting volgens de uitvinding, waarbij de elementen voor de flanksteilheid en de noodzakelijke 89002513

V

k -3- ontstoring gedetailleerd zijn weergegeven. Meer in het bijzonder wordt dit bewerkstelligd door de elementen Rl, Cl; R2, C2; alsook door de Miller-capaciteit van de MOS-FET-transistor Tl en in geringe mate door R3.

5 Wanneer de monoflop in de nuldoorgang wordt ingeschakeld zal het geen stoorspanning veroorzaken.

Bij afschakelen binnen de periodehelft - waarbij de uitgang A van het hoge niveau H naar het niveau L springt - zou zonder de bovengenoemde elementen een 10 grote vonkstoorspanning ontstaan.

Bij gloeilampen zal de afvoerelektrodespanning na het afbouwen van de grote Miller-capaciteit evenredig toenemen met de stroomverandering van de MOS-FET-transistor Tl en de grootste stijging van deze spannings-15 aangroei zou kort voor het bereiken van de maximum spanning plaatsvinden. De bijgeschakelde capaciteit van de condensator C2 vertraagt het dalen van de stuur-elektrodespanning door tegenkoppeling, die verschaft wordt door de afgeleide du/dt van de afvoerelektrode-20 spanning.

Het betreft derhalve een Millerschakeling met Rl in serie met R2 als voorschakelweerstand en C2 als Millercapaciteit. Daar door het verliesvermogen van de MOS-FET-transistor Tl de afschakelflank niet 25 willekeurig vlak gemaakt kan worden, is een verdere schakelingsmaatregel noodzakelijk. De interne Miller-capaciteit van de MOS-FET-transistor Tl bepaalt de flank aan het begin van het aangroeien van de afvoerelektrodespanning, terwijl de Miller-capaciteit van 30 de condensator C2 met Rl en R2 het grootste deel van de flank bepaalt. Hierbij wordt C2 zodanig gedimensioneerd, dat het maximaal toelaatbare verliesvermogen van de transistor Tl in stand gehouden wordt. De condensator Cl beïnvloedt de verbinding met Rl en haar ontlaadtijd-35 konstante bij t =3 2" de stuurspanning bij de lage waarden, dit is kort voordat de MOS-FET-transistor Tl volledig spert. Wanneer de spanning tussen de afvoer-elektrode en de toevoerelektrode wordt gemeten zal in afhankelijkheid van de schakeling een afschakelspannings- 89 00 23 tr * 4 -4- verloop optreden zoals in de grafiek in fig. 3 is weergegeven.

In deze grafiek volgens fig. 3 is voor drie verschillende gevallen het verloop van de afschakel-5 spanning voorgesteld. Hierbij toont de kromme a het verloop van de afschakelspanning zonder een schakelings-maatregel, de kromme b het verloop bij een schakeling van de elementen C2, Rl en R2, terwijl voor het verloop volgens de kromme c de elementen Cl, C2, alsmede Rl 10 en R2 in aanmerking zijn genomen.

Doordat de kromme c een S-vormig verloop verkrijgt worden hogere harmonischen in sterke mate gereduceerd, zodat een verbetering met 49 db wordt bereikt.

15 Bij gloeilampen wordt met vermindering van de stroom bij afschakelen direkt ook de spanning over de belasting kleiner, hetwelk van dezelfde betekenis is als bij een aangroeien van de spanning tussen de afvoerelektrode en toevoerelektrode. Aldus vindt een 20 terugkoppeling over de Millercapaciteit C2 plaats, die sterker is naatmate het aangroeien van de spanning tussen de afvoerelektrode en toevoerelektrode sterker is. De zich instellende verhouding tussen enerzijds de spanningsverandering tussen de afvoerelektrode 25 en toevoerelektrode en anderzijds de spanningsverminde-ring tussen de stuurelektrode en toevoerelektrode heeft tot gevolg, dat de afvOerelektrodestroom over de tijd kleiner wordt. Bij een aftaknetdeel zijn grote filtercapaciteiten aanwezig, die de spanning bepalen.

30 Bij een afschakelen van de stuurspanning zal de afvoer-elektrodetoevoerelektrodespanning slechts langzaam veranderen en bereikt bij lange na niet haar maximum, terwijl de afvoer-elektrodestroom reeds geheel is afgeschakeld.

35 De geringe verandering van de afvoerelektrode- toevoerelektrodespanning wordt ervaren alsof er geen Millercapaciteit in de schakeling aanwezig zou zijn.

De stroomafval vindt aanzienlijk sneller plaats dan bij de gloeilampenbelasting. Wanneer de flank bij 89 00131 -5- fc aftaknetdeelbedrijf derhalve overeenkomstig de stoorspan-ningsvoorwaarden is gekozen, wordt zij bij dezelfde gloeilampenbelasting vlakker, waarbij weliswaar de stoorspanning daalt, doch het verlies in de MOS-FET-5 transistor Tl toeneemt.

Teneinde dit te vermijden, kan voor gloeilampen-bedrijf R1 of Cl met de hand worden verkleind, zodat de stoorspanning nog binnen toelaatbare grenzen blijft en het verliesvermogen overeenkomt met dat bij bedrijf 10 met aftaknetdelen. Fig. 4 toont een automatische omschakeling voor het reduceren van het verlies bij in standhouding van de stoorspanning.

Wanneer bij aftaknetbedrijf de afvoerelektrode-stroom is gedaald tot nul zal de in het hoogste punt 15 van de netperiodehelft aangroeiende afvoerelektrode- toevoerelektrodespanning in het geval van afschakelen kleiner dan of gelijk aan 150 V zijn. Wanneer derhalve de transistor T4 bij een afvoerelektrode-toevoerelektro-de spanning^groter dan of gelijk aan 150 V^door haar 20 basissturing Ril, R12 in de collector-emittorweg doorschakelt, wordt hiermee de tijdkonstante Rl.Cl geredu-

RlxRl3 ceerd tot R2+'jU3 x dat ze5?en'r dat bij een af schakelen in het gloeilampengebied de stroom-spanningsver-andering wordt versneld wanneer de afvoerelektrode-25 toevoerelektrodespanning de waarde van 150 V begint te overschrijden. Hiermee wordt het verliesvermogen gereduceerd.

Bij het afschakelen in het aftaknetdeel zal zolang de stroom door de MOS-FET-transistor Tl 30 vloeit aan het afschakelgedrag niets veranderen. De flank van de spanning gedurende de stroomdoorgang en de karakteristiek van de stroom komen geheel overeen met het geval zonder automatisch omschakelen.

Bij de keten in fig. 2 dient de bekende 35 R6-C3 schakeling om ontstane spanningspieken, bijvoor beeld bij inductieve belasting te dempen. Voor de stroombegrenzing bij doorgeschakelde MOS-FET-transistor Tl in het geval van een kortsluiting van de belasting of een ontlading als gevolg van pieken dienen 8900231? t » -6- de elementen R4, R5, T2, T3, R7 en verder de terugkoppeling van de monoflop.

Op bekende wijze wordt een toevoerelektrode-weerstand (R4 + R5) ingelast in de transistorstroomweg 5 teneinde de door de stroom hierin voortgebrachte spanning als criterium voor een regelproces te kunnen gebruiken. Volgens de uitvinding wordt deze weerstand voorgesteld door R4, R5, waarbij R4 groter is dan R5. Daar elke weerstand de stuurspanning voor de basis-emittorweg 10 van een transistor T2 en T3 levert, wordt bereikt, dat bij een toenemen van de stroom over de tijd eerst via T3 de monoflop wordt teruggesteld - waarbij de uitgang A van een hoog niveau H naar een laag niveau L gaat - en eerst dan de stroombegrenzing direkt 15 aan de MOS-FET-transistor Tl wordt ingesteld door een verminderen van de stuurelektrodespanning door T2. Daar de door de stuurelektrodespanning ingestelde stroom hoger is dan de normale bedrijfstroom en verder deze stroom direkt uit het niveau van de stuurelektrode- 20 spanning resulteert, zal de R van de MOS-FET-

. . , DSON

transistor

Tl aangroeien en ondanks het kónstant houden van de stroom het verliesvermogen aan de transistor Tl toenemen. Door de weerstand R4 en haar ten opzichte van R5 hogere waarde wordt gewaarborgd, dat in elk geval na korte tijd de monoflopstuurelektrodespanning naar nul wordt geschakeld en hiermee een verliestoename verhinderd wordt.

2q Daarnaast is bij gesperde MOS-FET-transistor

Tl een spanningsbegrenzing vereist. Hiertoe dient op bekende wijze de varistor Vs in het blok 1 in fig.

1 en de door R6 en C3 gevormde RC-keten in fig. 2.

Voor snelle pulsen door pieken met een aanzienlijke 22 energie-inhoud zijn deze maatregelen evenwel niet voldoende.

De condensator C2 wordt hierbij gebruikt om de transistor Tl in te schakelen. De zenerdiode Dl dient ervoor, dat de stuurelektrodespanning niet kan aangroeien tot boven de Zenerspanning.

8900231.

+ -7-

De op zichzelf bekende schakelingsmaatregel om met behulp van het inschakelen van Tl de overspanning te elimineren wordt in het geval volgens de uitvinding bewerkstelligd met C2, die overigens zoals eerder 5 vermeld ook reeds noodzakelijk is voor het vormen van de flanksteilheid.

-conclusies- 8900231.

Claims

1. Helderheidsregelketen voor gloeilampen en aftaknetdelen zonder de bij triac-dimmers vereiste ontstoormiddelen met een zelfsperrende veldeffect-transistor Tl in de diagonaal van een bruggelijkrichter GL, die door een regelketen GO zodanig wordt geregeld, 10 dat de veldeffecttransistor Tl in de nuldoorgang van de wisselspanning geleidend is en overeenkomstig een instelbare tijd in de regelketen voor een gewenst deel van de netperiodehelft in de geleidingstoestand blijft en hierna met een dienovereenkomstig ingestelde 15 flank voor het bereiken van de eerstvolgende nuldoorgang afschakelt, hierdoor g e k en m e r k t, dat met behulp van een aanvullende Millercapaciteit (C2) en de bijbehorende voorschakelweerstand (R1 + R2), · alsmede een verdere capaciteit (Cl), die tussen een 20 deel van deze voorschakelweerstand en massa ligt, de afvoerelektrode-toevoerelektrode-afschakelspanning een S-vormig verloop met tevoren bepaalde aangroei tussen de beide S-bogen aanneemt en dat tussen de toevoerelektrode van de MOS-FET-transistor (Tl) en 25 massa twee weerstanden (R4, R5) in serie liggen, waarvan de ene weerstand (R5), die parallel met de basis-emittorweg van de transistor (T2) ligt en direkt door het regelen van de stuurelektrodespanning van de MOS-FET-transistor (Tl) de maximum stroom door de transistor 30 (Tl) bepaalt, een kleinere weerstandswaarde heeft dan de andere weerstand (R4), waaraan de basis-emitterweg (T3) ligt, die de monoflop (M) afschakelt en hierdoor de stroom door de MOS-FET-transistor (Tl) onderbreekt, en dat de Millercapaciteit met een tweeledige funktie 35 voor het inschakelen van de MOS-FET-transistor (Tl) bij overspanningen door pieken wordt gebruikt.

2. Helderheidsregelketen volgens conclusie 8900231. -9- 1, hierdoor gekenmerkt, dat de capaciteit (C2) ook door andere constructie-elementen zoals varis-toren, transildioden of dergelijke elementen wordt gevormd. 5

3. Helderheidsregelketen volgens conclusie 1 of 2, hierdoor gek en merkt, dat de voorschakel-weerstand (Hl) of de capaciteit (Cl) mechanisch of automatisch tussen gloeilampenbedrijf en aftaknetdeel-10 bedrijf omschakelbaar is, zodat bij gloeilampenbedrijf de capaciteit (Cl) of de voorschakelweerstand (Rl) in waarde wordt verkleind en hiermee een kleinere afschakeltijdkonstante wordt bereikt. 8900231.’'