NL9201189A - Serieketen, voorzien van by-pass schakelingen, alsmede daarbij te gebruiken by-pass schakeling. - Google Patents

Description

Serieketen, voorzien van by-pass schakelingen, alsmede daarbij te gebruiken by-pass schakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een serieketen van een aantal in serie geschakelde elektrische stroomverbrui- » kings-eenheden, zoals lampen, verwarmings-elementen enzovoorts, of groepen van dergelijke eenheden, waarbij elke verbruikings-eenheid of elke groep van verbruikings-eenheden een by-pass schakeling heeft, die bij uitvallen of defect raken van een bijbehorende verbruikings-eenheid tijdens > stroomvoerend bedrijf wordt ingeschakeld en de stroom omleidt, 20dat de door de serieketen heen gaande stroom niet wordt onderbroken.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een daarvoor te gebruiken by-pass schakeling.

* Serieverlichting, dat wil zeggen een reeks van in serie geschakelde lampen, aangesloten op een stroomnet, vindt vrij algemeen toepassing, onder meer voor kerstboomverlichting, etalageverlichting, signaalverlichting en dergelijke. Serie-ketens hebben ten opzichte van parallelketens tal van voor- i delen, zoals de eenvoudige constructie, het veel gemakkelijker aanbrengen van een dergelijke serieketen en de lagere kosten zoals door de dunnere draden die voor de bedrading kunnen worden toegepast.

Eem nadeel van serieverlichting is, dat bij het uitval- > len van één lamp of element de gehele serieketen uitgeschakeld is. Daarom heeft men diverse soorten by-pass schakelingen voor serieketens ontwikkeld, waarbij gebruik wordt gemaakt van bi-metalen, NTC's of halfgeleiders. Daarbij is over elke lamp of element een by-pass schakeling parallel ) geschakeld, die de stroomdoorvoerfunctie van een defect geraakte lamp overneemt, zodat de serieketen blijft functioneren .

uit EP-A-0 284 592 is een halfgeleider by-pass schakeling bekend, die in wezen wordt gevormd door een triac, die > parallel over een lamp is aangesloten, waarbij een drempelwaarde voor de triggerspanning van de triac wordt gefixeerd door tussen de schakelpoort (trigger) en de ene stroomklem een diac en een stroombegrenzer te schakelen. Wanneer de stroom door de lamp heen uitvalt, ten gevolge van stuk gaan van de lamp, wordt deze drempelspanning in zeer korte tijd overschreden waardoor de triac wordt ingeschakeld en de omleiding tot stand wordt gebracht.

Bij alle thans bekende by-pass schakelingen, ook die volgens de boven genoemde Europese octrooiaanvrage, doet zich het bezwaar voor, dat de by-pass schakeling stroomge-voelig is en, voor het onderhouden van de by-pass functie, stroom van de serieketen gebruikt. Dit kan tot onregelmatigheden leiden bij fluctuerend stroomgebruik en sluit de mogelijkheid uit om serieketens met dergelijke by-pass schakelingen te benutten voor meer geavanceerde toepassingen zoals serie verlichting met dim-mogelijkheid of verwarming.

Een verder nadeel van deze schakeling is, dat deze na elke nuldoorgang schakelt. Hierdoor worden harmonischen gegenereerd welke alleen met relatief dure L/C netfilters uit het lichtnet kunnen worden geweerd.

Het doel van de uitvinding is nu om een by-pass schakeling te verschaffen waarbij deze moeilijkheden zich niet voordoen.

Daartoe voorziet de uitvinding in een serieketen roet by-pass schakelingen zoals boven beschreven, die daardoor is gekenmerkt, dat elke by-pass schakeling ten minste één schakelaar heeft, die aangeschakeld wordt door de spannings-verhoging over de by-pass bij het wegvallen van de stroom door zijn verbruikings-eenheid en die, ongeacht de stroom-sterkte door de serieketen, in aangeschakelde toestand wordt gehouden door de houd-functie van een geheugen-element en welke schakelaar uitsluitend door een extern signaal kan worden teruggeschakeld.

Het voordeel van dit systeem is, dat het geheugen-element, bijvoorbeeld een bi-stabiel element zoals een al dan niet geladen condensator, een bi-stabiel relais of een bi-stabiel halfgeleider-element, onafhankelijk van de stroom of spanningstoestand in de serieketen, werkzaam blijft en de schakelaar aangeschakeld houdt, ongeacht de stroom-situatie. Dit wil zeggen dat zelfs wanneer de stroom geheel weg komt te vallen de omleiding over de defecte lamp zal blijven bestaan. Met behulp van een extern signaal kan de houd- functie van het geheugen-element weer worden opgeheven en de schakelaar worden terug-geschakeld wanneer de omleiding moet worden uitgeschakeld. Het systeem werkt dus onafhankelijk van de stroomsterkte door de keten en gebruikt verder zelf, behalve bij het aanschakelen, geen stroom. Doordat in de stationaire situatie geen schakeling optreedt wordt ook geen netstoring gegenereerd zodat geen dure filters nodig zijn om deze weg te filteren.

Een dergelijke serieketen is bij uitstek geschikt om te worden toegepast bij een serieschakeling bijvoorbeeld van in lichtsterkte regelbare lampen - zoals voor reclamedoeleinden en etalageverlichting - of verwarmingselementen. Bij parallel -geschakelde lampen gebeurde de lichtregeling tot nu toe door spannings-regeling, maar dankzij de uitvinding is het nu mogelijk een serieketen te gebruiken waarbij de lichtsterkte geregeld wordt door een elektronisch bestuurde stroomregeling. Dit biedt grote voordelen in het bijzonder bij moderne verlichtingen, zoals halogeenlampen, die bij uitstek geschikt zijn om door stroomregeling gedimd te worden. Elektronische stroomregeling kan bovendien zeer doelmatig geschieden met moderne elektronica in de vorm van integrated circuits (chips).

Bij een eenvoudige uitvoeringsvorm van de by-pass schakeling wordt gebruik gemaakt van een elektro-mechanische schakelaar. Deze is goedkoop en in vele uitvoeringsvormen te construeren.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft de by-pass schakeling als schakelaar een schakeltran-sistor zoals een MOSFEU, waarvan de stroomtoevoer of -afvoer met de schakelpoort is verbonden via een laadcondensator, die is aangesloten op een gestuurde laadketen, welke laatste is geschakeld over de verbruikings-eenheid. Daarbij kan de laadketen doelmatig bestaan uit een halfgeleiderchip.

Het kan doelmatig zijn deze laadketen te voorzien van een schakel-element, dat ter beëindiging van de stroomomlei-ding over de by-pass schakeling via mechanische of elektronische bediening de laadcondensator kortsluit.

Daarbij kan het schakelelement zijn gevormd door een opto-elektronische halfgeleider-koppeling, waarbij een lichtgevoelige transistor wordt geschakeld door een licht-emitterende diode (LED).

Volgens een verdere uitvoeringsvorm, in het bijzonder bedoeld voor wisselstroom-toepassing, kan de uitvoering zodanig zijn, dat de by-pass schakeling als elektronische schakelaar twee anti-serie verbonden MOSFET's heeft, waarvan de schakelpoorten met elkaar en met de ene zijde van de laadcondensator zijn verbonden, en het verbindingspunt van de MOSFET's met de andere zijde van de condensator.

Met de serieketen volgens de uitvinding is het mogelijk een dimbare serieverlichting te verschaffen, bijvoorbeeld van halogeenlampen, die is gekenmerkt door een elektronische stroomregeling aangesloten op een serieketen van lampen met by-pass schakelingen zoals in het voorgaande beschreven.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van uitvoerings-voorbeelden weergegeven in de tekening, waarint

Fig. 1 een functioneel blokschema toont van een by-pass schakeling volgens de uitvinding,

Fig. 2 een functioneel blokschema toont van een tweede uitvoeringsvorm;

Fig. 3 een schakelschema toont van een verdere uitvoeringsvorm van een by-pass schakeling volgens de uitvinding; en

Fig. 4 een schema toont van het elektrisch deel van een elektromechanische bi-stabiele schakelaar.

In fig. 1 is met 1 een serieketen aangegeven waarin een aantal belastingen in serie zijn geschakeld. Van de belastingen is er slechts één getoond en aangegeven met 2. Deze belasting 2 kan bijvoorbeeld een halogeenlamp zijn en bij uitvallen van deze lamp 2 zou de stroom door de serieketen worden onderbroken indien niet was gezorgd voor een by-pass leiding 3.

In deze by-pass leiding 3 bevindt zich een schakelaar 4, die in geval van uitvallen van de lamp 2 moet worden gesloten.

Daartoe is een regelelement 5 aangebracht dat door middel van de stuurleidingen 6, 7 met de beide zijden van de lamp 2 is verbonden. Het regelelement 5 heeft een bi-stabiel geheugen, zodat het de schakelaar 4 geopend kan houden zolang stroom door de lamp 2 heen gaat. Bij onderbreking van de stroom wordt de schakelaar 4 door het bi-stabiele geheugen in de gesloten stand gebracht en daarin gehouden. Het geheugen heeft dus een houd-functie zodat ongeacht stroomva-riaties door de serieketen, de schakelaar 4 gesloten blijft en onder alle omstandigheden de stroom door de keten blijft vloeien.

Het onderbreken van de stroom door de by-pass leiding 3 kan uitsluitend gebeuren met behulp van een uitwendig reset-signaal, dat is aangeduid met 8, waardoor het bi-stabiel geheugen weer wordt omgeschakeld naar zijn oorspronkelijke stand waarin de schakelaar 4 open is» Het reset-signaal 8 kan zowel met de hand worden geleverd als langs elektrische weg.

Zoals boven gezegd kan het bi-stabiel geheugenelement elektromechanisch zijn uitgevoerd zoals in de vorm van een bi-stabiel relais maar het kan ook een halfgeleiderelelement zijn. Het bi-stabiele relais kan bijvoorbeeld met behulp van een spanningssignaal, dat optreedt wanneer de lamp 2 defect raakt, in de stand worden gebracht waarbij de schakelaar 4 zich in de gesloten stand bevindt. Daarna kan de schakelaar 4 door een extern signaal, bijvoorbeeld opgewekt door een knop in te drukken waardoor een spanningspuls wordt gegenereerd, of op enige andere wij2e, weer naar de geopende stand worden gebracht.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm die in hoge mate overeenkomt met die van fig. 1. Er wordt nu echter gebruik gemaakt van twee schakelaars 4a en 4b die zich bevinden in de leidingen die naar de lamp 2 toe en daarvan af lopen. In de ene stand zorgen de schakelaars 4a en 4b voor het gesloten houden van de serieketen 1 en in de andere stand -aangegeven met streeplijnen - onderbreken zij deze keten en zorgen 2ij voor het tot stand brengen van de by-pass leiding 9. Het voordeel van deze uitvoering is, dat de lamp 2 bij het uitvallen ervan volledig geïsoleerd is van de stroomvoe-rende leidingen hetgeen extra veiligheid geeft bij het vervangen van de defecte lamp 2.

Fig. 3 toont een schakelschema van een uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij gebruik is gemaakt van twee power MOSFET's SI en S2 die anti-serie 21 jn geschakeld in de bypass leiding 3. Hun stroomtoevoeren 21jn in het knooppunt 10 met elkaar verbonden en tussen de schakelpoorten van de MOSFET's is een verbindingsleiding 11 aangebracht. Tussen de leiding 11 en het knooppunt 10 bevindt zich de condensator 12/ die is aangesloten op het regelelement 5, dat hier bestaat uit een laad- ontlaadketen in de vorm van een geïntegreerde schakeling (chip).

Deze schakeling werkt als volgt: wanneer de serieketen in bedrijf is, dat wil zeggen aangesloten op het elektriciteitsnet en alle lampen 2 branden, 2ijn de MOSFET's Sl en S2 in de niet geleidende toestand en gaat de stroom normaal via de lampen 2. Wanneer een lamp defect raakt ontstaat over deze lamp een hogere spanning waardoor het regelelement 5 wordt ingeschakeld en de condensator 12 wordt opgeladen. Hierdoor worden de MOSFET's in de by-pass keten 3 geleidend en wordt de stroom om de betreffende lamp 2 heen geleid.

In fig. 3 is de mogelijkheid aangegeven het verbreken van de by-pass leiding te doen plaats vinden met behulp van een opto-elektronische signalering. Hiertoe is in de geïntegreerde schakeling 5 een lichtgevoelige transistor 13 opgenomen, die een schakelelement vormt en die bestuurd wordt door het licht van een LED (lichtemitierende diode) 14, die van buiten af bedienbaar is. Bij het sluiten van de lichtgevoelige transistor 13 wordt de condensator 12 kortgesloten, waardoor de MOSFET's Sl en S2 in hun niet-geleidende toestand komen, zodat de stroom weer door de lamp 2 kan gaan.

Het grote voordeel van een dergelijke schakeling is, dat deze het mogelijk maakt om serieketens van lampen, bijvoorbeeld van halogeenlampen, dimbaar te maken. Het dimmen van halogeenlampen biedt grote voordelen, omdat door variërende stromen variërende lichtsterkten verkregen kunnen worden, wat in het bij2onder van veel belang is voor het ' bereiken van speciale lichteffecten. Tot nu toe kon men dim-schakelingen feitelijk alleen toepassen bij parallel schakeling van lampen wat omvangrijker en kostbaarder is. Voor stroomregeling kan men klein uitgevoerde elektronische scha- 7 kelingen gebruiken en kan men vrij universeel op de meest diverse wijzen lampketens bedienen.

Met behulp van weerstanden worden de maximaal optredende stromen en spanningen begrensd en met dioden wordt gere-5 geld dat het set en reset-signaal niet samenvallen, door gebruik te maken van de opeenvolgende polariteits-wisselin-gen van de AC-voedingsspanning, dus de netspanning, zo kan bij de positieve sinus-helft het set-signaal optreden en bij de negatieve sinus-helft het reset-signaal.

10 Fig. 4 toont het elektrisch deel van een elektromecha- nische bi-stabiele schakelaar, die weer is aangeduid met 4. Het in deze figuur getoonde deel bestaat uit de diode 15, de weerstand 16 en de spoel 17, die zorgt voor het eventueel sluiten van de schakelaar 4 wanneer een set-signaal op-15 treedt. Door middel van de weerstand 18, de diode 19 en de spoel 20 kan een reset-signaal worden geleverd voor het weer openen van de schakelaar 4. De verdere magnetische onderdelen zijn niet aangegeven.

Het zal duidelijk zijn, dat slechts enkele mogelijke 20 uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de uitvinding in de tekening zijn weergegeven en hierboven beschreven en dat vele wijzigingen kunnen worden aangebracht zonder buiten de uitvindingsgedachte te vallen.

- conclusies 9201189

Claims (8)

1. Serieketen van een aantal in serie geschakelde elektrische stroomverbruikings-eenheden, zoals lampen, verwarmingselementen enzovoorts, of groepen van dergelijke eenheden, 5 waarbij elke verbruikings-eenheid of elke groep van verbrui-kings-eenheden een by-pass schakeling heeft, die bij uitvallen of defect raken van een bijbehorende verbruikings-eenheid tijdens stroomvoerend bedrijf wordt ingeschakeld en de stroom omleidt, zodat de door de serieketen heen gaande 10 stroom niet wordt onderbroken, met het kenmerk, dat elke bypass schakeling ten minste één schakelaar (4,4a,4b,Sl,S2) heeft, die aangeschakeld wordt door de spanningsverhoging over de by-pass (3,9) bij het wegvallen van de stroom door zijn verbruikings-eenheid (2) en die, ongeacht de stroom-15 sterkte door de serieketen (1), in aangeschakelde toestand wordt gehouden door de houd-functie van een geheugen-element (5) en welke schakelaar uitsluitend door een extern signaal (8) kan worden teruggeschakeld.

2. Serieketen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 20 voor de by-pass schakeling (5) gebruik wordt gemaakt van een elektro-mechanische schakelaar.

3. Serieketen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de by-pass schakeling (5) als schakelaar een schakeltransistor zoals een MOSFET heeft, waarvan de stroomtoevoer of -afvoer 25 met de schakelpoort is verbonden via een laadcondensator, die is aangesloten op een gestuurde laadketen, welke laatste is geschakeld over de verbruikings-eenheid (2).

4. Serieketen volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de laadketen is voorzien van een schakel-element, dat ter 30 beëindiging van de stroomomleiding over de by-pass schakeling via mechanische of elektronische bediening de laadcondensator kortsluit.

5. Serieketen volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het schakelelement wordt gevormd door een opto-elektronische 35 halfgeleidersignalering. .9201189 6. serieketen volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de by-pass schakeling (5) als elektronische schakelaar twee anti-serie verbonden MOSFET's (S1,S2) heeft, waarvan de schakelpoorten met elkaar en met de ene zijde van 5 de laadcondensator (12) zijn verbonden, en het verbindingspunt (10) van de MOSFET's met de andere zijde van de condensator.

7. Serieketen volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de by-pass schakeling weerstanden en 10 dioden zijn opgenomen om te voorkomen dat een set- en een resetsignaal samenvallen en om oversturing te voorkomen door gebruik te maken van de opeenvolgende polariteitswisselingen van de AC-voedingsspanning.

8. By-pass schakeling voor serieketen zoals beschreven in 15 één of meer der voorgaande conclusies.

9. Dimbare serieverlichting, bijvoorbeeld van halogeenlampen, gekenmerkt door een elektronische stroomregeling, die is aangesloten op een serieketen (1) volgens een der conclusies 1-7. 20 ------------ 9201189