WO2008028563A1 - Dimmer circuit - Google Patents

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WO2008028563A1 PCT/EP2007/007371 EP2007007371W WO2008028563A1 WO 2008028563 A1 WO2008028563 A1 WO 2008028563A1 EP 2007007371 W EP2007007371 W EP 2007007371W WO 2008028563 A1 WO2008028563 A1 WO 2008028563A1
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Winfried Zerbs
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Schiederwerk Mbz Telekommunikation Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a low-dimming network dimmer circuit for power control of an electrical load, in particular a lamp.
  • Such a dimmer circuit is known for example from DE 44 33 552 B4.
  • the effect of non-sinusoidal consumer currents on the internal resistance (generator and lines) of the supplying network with the consequence of an undesired voltage distortion of the mains voltage is understood as a network feedback.
  • the dimmer circuit described is characterized by a sinusoidal current consumption (low harmonic content) and by a high power factor.
  • the current three-phase networks are designed so that all 4 conductors L1, L2, L3 and N are laid with the same cross-section.
  • the current in the neutral conductor is 0 in the case of ohmic loads (power factor 1) in a three-phase system. If many or very large consumers with a poor power factor are present in an installation, the N conductor may be overloaded. It is therefore desirable to have a power factor of more than 0.95.
  • the power factor is the ratio of active power to apparent power.
  • the object of the invention is to provide a dimmer circuit, the netz Weg Walds- poor, has a high power factor and is suitable for electrical loads with different voltage requirements.
  • such a dimmer circuit allows a change and regulation of the load parameters.
  • the brightness of a halogen lamp can be controlled.
  • the dimmer keeps the voltage at the lamp constant. It is the use of lamps with different lamp voltage allows.
  • a power control means a control for influencing the power.
  • a power regulation also includes, in particular, a voltage regulation or a current regulation.
  • the half-bridge converter advantageously comprises two capacitors connected in series between the outputs of the rectifier and a second connection point arranged between the capacitors, so that the electrical load can be switched between the first and the second connection point.
  • the switching elements thus the voltage of the capacitors is alternately switched to the electrical load.
  • the capacitors can be regarded as being connected in parallel by HF technology.
  • any switching elements such as Triac 's or the like can be used.
  • transistors in particular MOSFETs, bipolar transistors or IGBTs, are preferably used.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • a voltage-free or lossless switching of the switching elements can be realized.
  • a dimmer circuit can be constructed with a very high efficiency.
  • the control component is designed for a clocked control of the switching elements with variable pulse width or variable frequency.
  • the switching elements are preferably always switched when the applied voltage is equal to zero. This means that switching is lossless.
  • control component For external control of the dimmer circuit, the control component is preferably connected to an interface for data or signal exchange with an external control device.
  • the above-described dimmer circuit of a halogen lamp in a movable headlight in particular for stage lighting, upstream and in particular designed as part of the headlamp.
  • headlamps are commonly referred to as "moving heads” and allow targeted alignment of a particular colored light beam of variable intensity for stage lighting, and are used as an important part of lighting technology for shows, theater, presentations, concerts and the like.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a dimmer circuit with a half-bridge converter
  • FIG. 2 shows a simplified overall circuit diagram of the half-bridge converter
  • Figure 3 in a graph different voltage waveforms at the half-bridge converter.
  • FIG. 4 an equivalent circuit diagram during the discharge of the capacitor
  • FIG. 5 an equivalent circuit diagram during the source function of a series-connected choke
  • FIG. 7 schematically a movable headlight
  • an EMC filter 1 is connected upstream of a rectifier 2 on the input side.
  • the rectifier 2 is used to convert the AC voltage from the grid into a DC voltage.
  • a half-bridge converter 3 is connected, which comprises two series-connected electrical switching elements T1 and T2. Between these switching elements T1, T2 is a first connection point 4 for connection of an electrical load 5, here a halogen lamp.
  • the half-bridge converter 3 further comprises two capacitors C1 and C2 connected in series between the outputs of the rectifier 2.
  • the electrical load 5 is in this case connected between the first connection point 4 and a second connection point 6 between the two capacitances C1, C2.
  • desired voltage is generated.
  • a choke L1 and a current measuring resistor for current detection are also connected. The current detection can also be done via a current transformer.
  • a control component 7 is further provided, which is provided with terminals for determining the load voltage UL and the load current IL.
  • a DC / DC converter 9 is further arranged between the outputs of the rectifier 2.
  • the two capacitances C1 and C2 were each selected to be 6.6 ⁇ F.
  • switching elements T1 and T2 respectively power MOSFET transistors were used.
  • the inductor L1 had an inductance of 17 ⁇ H.
  • an RS232 interface As an interface, an RS232 interface was implemented. On the one hand, the brightness of the lamp can be set externally via this interface. On the other hand, about this Interface also information about operating states of the load, in particular the lamp, or the lamp power are transmitted.
  • the invention is not limited to this embodiment. In principle, other components of other characteristics and other or any interfaces can be used.
  • the transistors T1 and T2 alternately switch the voltage from the capacitor C1 or C2 via the inductor L1 to the load 5.
  • the transistor T1 When the transistor T1 is turned on, the current flows from C1 via L1 to the load 5 and to the lamp, respectively.
  • the transistor T2 turns on, the current in the inductor L1 turns.
  • the capacitors C1 and C2 are HF - technically connected in parallel and can also be replaced by a capacitor.
  • the control of the lamp voltage can be done by changing the pulse width of the drive signal or by changing the frequency. Regulating the frequency change, the transistors T1, T2 always turn on when the voltage across the transistors is zero. Thus, the switching is lossless (zero voltage switching). It can be used to build a dimmer with a very high efficiency. Turns off the transistor T2, drives the inductor L1, the current through the parasitic diode D1 from the transistor T1. Thus, then the voltage across the transistor is zero.
  • FIG. 2 shows an overall circuit diagram for the half-bridge converter 3 with input inductor L1.
  • the capacitor C2 is designed so that it is charged to Ue / 2 on average and the voltage across it does not change during a switching period. From Fig. 3, various voltage waveforms on the half-bridge converter 3 can be seen. It can be seen the clocked control of the switching elements T1 and T2 by the voltage UG1 and UG2. The voltage curve in the half-bridge converter 3 has jumps, since the polarity of the throttle or load current IL changes. In this case, the choke L1 acts as a source during the time t on i and drives the current through the parasitic diode of the switched switching element.
  • EFB simple equivalent circuit diagram
  • the voltage curve is equal to the current curve.
  • FIG. 6 shows the current profile in the inductor L1 and in the load or in the electrical load 5.
  • FIG. 7 schematically shows a so-called moving head 10 which comprises a foot part 11 and a headlight 12 arranged movably thereon.
  • a dimmer circuit 14 is arranged in the foot part 11, as shown in particular in FIG. 1 is shown.

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Abstract

A dimmer circuit (14) which produces little reaction on the power supply system for power regulation of an electrical load (5), in particular of a lamp, having a rectifier (2) which can be connected to a power supply system, having a half-bridge converter (3) which is fed by the rectifier (2), comprising two electrical switching elements (T1, T2), which are connected in series between the outputs of the rectifier (2), and a first connecting point (4) for the load (5) between the switching elements (T1, T2), and having a control component (7) which drives the switching elements (T1, T2) such that the connecting point (4) is connected alternately to one output and to the other output of the rectifier (2), by switching.

Description

Beschreibung Dimmerschaltung Description dimmer circuit
Die Erfindung betrifft eine netzrückwirkungsarme Dimmerschaltung zur Leistungsrege- lung eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer Lampe.The invention relates to a low-dimming network dimmer circuit for power control of an electrical load, in particular a lamp.
Eine derartige Dimmerschaltung ist beispielsweise aus der DE 44 33 552 B4 bekannt. Dabei wird unter einer Netzrückwirkung die Wirkung von nichtsinusförmigen Verbraucherströmen am Innenwiderstand (Generator und Leitungen) des speisenden Netzes mit der Folge einer unerwünschten Spannungsverzerrung der Netzspannung verstanden. Die beschriebene Dimmerschaltung zeichnet sich durch eine sinusförmige Stromaufnahme (geringer Oberschwingungsanteil) sowie durch einen hohen Leistungsfaktor aus.Such a dimmer circuit is known for example from DE 44 33 552 B4. In this case, the effect of non-sinusoidal consumer currents on the internal resistance (generator and lines) of the supplying network with the consequence of an undesired voltage distortion of the mains voltage is understood as a network feedback. The dimmer circuit described is characterized by a sinusoidal current consumption (low harmonic content) and by a high power factor.
Die heute üblichen Drehstromnetze sind so aufgebaut, dass alle 4 Leiter L1 ,L2,L3 und N mit dem gleichen Querschnitt verlegt sind. Der Strom im N-Leiter ist bei ohmschen Lasten (Leistungsfaktor 1) in einem Drehstromsystem gleich 0. Sind in einer Installation viele, oder sehr große Verbraucher mit einem schlechten Leistungsfaktor vorhanden, kann es zu einer Überlastung des N Leiters kommen. Es ist daher ein Leistungsfaktor von mehr als 0,95 anzustreben. Unter dem Leistungsfaktor wird dabei das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung verstanden.The current three-phase networks are designed so that all 4 conductors L1, L2, L3 and N are laid with the same cross-section. The current in the neutral conductor is 0 in the case of ohmic loads (power factor 1) in a three-phase system. If many or very large consumers with a poor power factor are present in an installation, the N conductor may be overloaded. It is therefore desirable to have a power factor of more than 0.95. The power factor is the ratio of active power to apparent power.
Nachteiligerweise kann mit einer Dimmerschaltung gemäß der DE 44 33 552 B4 ein elektrischer Verbraucher mit einem niedrigen Spannungsbedarf nur mittels eines Ver- lust aufweisenden Transformators angesteuert werden.Disadvantageously, with a dimmer circuit according to DE 44 33 552 B4, an electrical consumer with a low voltage requirement can only be controlled by means of a transformer having a loss.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dimmerschaltung anzugeben, die netzrückwirkungs- arm ist, einen hohen Leistungsfaktor aufweist und sich für elektrische Verbraucher mit unterschiedlichem Spannungsbedarf eignet.The object of the invention is to provide a dimmer circuit, the netzrückwirkungs- poor, has a high power factor and is suitable for electrical loads with different voltage requirements.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Insbesondere ermöglicht eine derartige Dimmerschaltung eine Änderung und Regelung der Lastparameter. Durch Änderung der Ausgangsspannung des Dimmers kann die Helligkeit einer Halogenlampe geregelt werden. Bei Änderung der Eingangsspannung hält der Dimmer die Spannung an der Lampe konstant. Es ist der Einsatz von Lampen mit unterschiedlicher Lampenspannung ermöglicht.This object is achieved by the feature combination of claim 1. Further advantageous embodiments can be found in the dependent claims. In particular, such a dimmer circuit allows a change and regulation of the load parameters. By changing the output voltage of the dimmer, the brightness of a halogen lamp can be controlled. When the input voltage changes, the dimmer keeps the voltage at the lamp constant. It is the use of lamps with different lamp voltage allows.
In diesem Zusammenhang wird unter dem vorliegend verwendeten Begriff einer Leistungsregelung eine Regelung zur Beeinflussung der Leistung verstanden. Insofern sind von einer Leistungsregelung insbesondere auch eine Spannungs- oder eine Stromre- gelung umfasst.In this context, the term power control used herein means a control for influencing the power. In this respect, a power regulation also includes, in particular, a voltage regulation or a current regulation.
Vorteilhafterweise umfasst hierbei der Halbbrückenwandler zwei in Serie zwischen die Ausgänge des Gleichrichters geschaltete Kapazitäten und eine zwischen den Kapazitäten angeordnete zweite Anschlussstelle, so dass der elektrische Verbraucher zwi- sehen die erste und die zweite Anschlussstelle schaltbar ist. Durch die Schaltelemente wird somit die Spannung der Kondensatoren abwechselnd an den elektrischen Verbraucher geschaltet. Die Kondensatoren können hierbei HF-technisch als parallel geschaltet betrachtet werden.In this case, the half-bridge converter advantageously comprises two capacitors connected in series between the outputs of the rectifier and a second connection point arranged between the capacitors, so that the electrical load can be switched between the first and the second connection point. By the switching elements thus the voltage of the capacitors is alternately switched to the electrical load. In this case, the capacitors can be regarded as being connected in parallel by HF technology.
Grundsätzlich können beliebige Schaltelemente wie beispielsweise Triac's oder dergleichen eingesetzt werden. Bevorzugt werden als elektrische Schaltelemente Transistoren, insbesondere MOSFET's, Bipolar-Transistoren oder IGBT's eingesetzt. Dabei vereinigt ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) die Vorteile eines Biolartran- sistors, nämlich gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung und Robustheit, mit den Vorteilen eines Feldeffekttransistors, nämlich einer nahezu leistungslosen Ansteuerung.In principle, any switching elements such as Triac 's or the like can be used. As electrical switching elements, transistors, in particular MOSFETs, bipolar transistors or IGBTs, are preferably used. Here, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) combines the advantages of a Biolartran sistor, namely good on-state behavior, high reverse voltage and robustness, with the advantages of a field effect transistor, namely a virtually powerless control.
Wird der ersten Anschlussstelle eine Drossel vorgeschaltet, lässt sich ein spannungsfreies bzw. verlustloses Schalten der Schaltelemente verwirklichen. Damit kann eine Dimmerschaltung mit einem sehr hohen Wirkungsgrad aufgebaut werden.If the first connection point is preceded by a throttle, a voltage-free or lossless switching of the switching elements can be realized. Thus, a dimmer circuit can be constructed with a very high efficiency.
Hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist es weiter vorteilhaft, wenn dem Gleichrichter ein Entstörfilter vorgeschaltet ist. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Dimmerschaltung ist das Steuerbauteil zu einer getakteten Ansteuerung der Schaltelemente mit variabler Pulsbreite oder mit variabler Frequenz ausgebildet. Bei einer Ansteuerung mit variabler Frequenz werden die Schaltelemente bevorzugt immer dann geschaltet, wenn die anliegende Spannung gleich Null ist. Damit erfolgt das Schalten verlustfrei.With regard to the electromagnetic compatibility (EMC), it is also advantageous if the rectifier is preceded by a noise filter. In a further preferred embodiment of the dimmer circuit, the control component is designed for a clocked control of the switching elements with variable pulse width or variable frequency. In the case of a drive with a variable frequency, the switching elements are preferably always switched when the applied voltage is equal to zero. This means that switching is lossless.
Zu einer externen Steuerung der Dimmerschaltung ist das Steuerbauteil bevorzugt mit einer Schnittstelle zum Daten- oder Signalaustausch mit einem externen Steuergerät verbunden.For external control of the dimmer circuit, the control component is preferably connected to an interface for data or signal exchange with an external control device.
In einer bevorzugten Anwendung ist die vorbeschriebene Dimmerschaltung einer Halogenlampe in einem bewegbaren Scheinwerfer, insbesondere zur Bühnenbeleuchtung, vorgeschaltet und insbesondere als Teil des Scheinwerfers ausgeführt. Derartige Scheinwerfer werden gewöhnlich auch als so genannte „Moving Heads" bezeichnet und erlauben eine gezielte Ausrichtung eines insbesondere farbigen Lichtstrahls variabler Intensität zur Bühnenbeleuchtung, und werden als ein wichtiger Bestandteil der Beleuchtungstechnik für Shows, Theater, Präsentationen, Konzerte und dergleichen eingesetzt.In a preferred application, the above-described dimmer circuit of a halogen lamp in a movable headlight, in particular for stage lighting, upstream and in particular designed as part of the headlamp. Such headlamps are commonly referred to as "moving heads" and allow targeted alignment of a particular colored light beam of variable intensity for stage lighting, and are used as an important part of lighting technology for shows, theater, presentations, concerts and the like.
Das Funktionsprinzip sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung und der folgenden Beschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:The principle of operation and embodiments of the invention will become apparent from a drawing and the following description. Showing:
Figur 1 : schematisch den Aufbau einer Dimmerschaltung mit einem Halbbrückenwandler,FIG. 1 shows schematically the structure of a dimmer circuit with a half-bridge converter,
Figur 2: ein vereinfachte Gesamtschaltbild des Halbbrückenwandlers,FIG. 2 shows a simplified overall circuit diagram of the half-bridge converter,
Figur 3: in einer Grafik verschiedene Spannungsverläufe am Halbbrückenwandler.Figure 3: in a graph different voltage waveforms at the half-bridge converter.
Figur 4: ein Ersatzschaltbild während der Entladung des Kondensators, Figur 5: ein Ersatzschaltbild während der Quellenfunktion einer Vorschalt- drossel,FIG. 4: an equivalent circuit diagram during the discharge of the capacitor, FIG. 5: an equivalent circuit diagram during the source function of a series-connected choke,
Figur 6: in einer Grafik den Stromverlauf durch die Last undFigure 6: in a graph, the current flow through the load and
Figur 7 schematisch einen bewegbaren Scheinwerfer In Fig. 1 wird der grundsätzliche Aufbau eines Ausführungsbeispiels der vorgenannten Dimmerschaltung ersichtlich. Zur Einhaltung einer Funkentstörung ist ein EMV-Filter 1 eingangsseitig einem Gleichrichter 2 vorgeschaltet. Der Gleichrichter 2 dient der Um- Wandlung der Wechselspannung aus dem Netz in eine Gleichspannung. In den Gleichspannungskreis ist ein Halbbrückenwandler 3 geschaltet, der zwei in Serie geschaltete elektrische Schaltelemente T1 und T2 umfasst. Zwischen diesen Schaltelementen T1 ,T2 ist eine erste Anschlussstelle 4 zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers 5, hier einer Halogenlampe.Figure 7 schematically a movable headlight In Fig. 1, the basic structure of an embodiment of the aforementioned dimmer circuit is apparent. To comply with a radio interference suppression, an EMC filter 1 is connected upstream of a rectifier 2 on the input side. The rectifier 2 is used to convert the AC voltage from the grid into a DC voltage. In the DC voltage circuit, a half-bridge converter 3 is connected, which comprises two series-connected electrical switching elements T1 and T2. Between these switching elements T1, T2 is a first connection point 4 for connection of an electrical load 5, here a halogen lamp.
Der Halbbrückenwandler 3 umfasst weiter zwei in Serie zwischen die Ausgänge des Gleichrichters 2 geschaltete Kapazitäten C1 und C2. Der elektrische Verbraucher 5 ist hierbei zwischen die erste Anschlussstelle 4 und einer zweiten Anschlussstelle 6 zwischen den beiden Kapazitäten C1 , C2 geschaltet. Über den Halbbrückenwandler 3 wird die für den elektrischen Verbraucher 5, im folgenden auch Last genannt, gewünschte Spannung erzeugt. In Serie zu dem elektrischen Verbraucher 5 ist weiter eine Drossel L1 sowie ein Strommesswiderstand zur Stromerfassung geschaltet. Die Stromerfassung kann aber auch über einen Stromwandler erfolgen.The half-bridge converter 3 further comprises two capacitors C1 and C2 connected in series between the outputs of the rectifier 2. The electrical load 5 is in this case connected between the first connection point 4 and a second connection point 6 between the two capacitances C1, C2. About the half-bridge converter 3 for the electrical load 5, hereinafter also called load, desired voltage is generated. In series with the electrical load 5, a choke L1 and a current measuring resistor for current detection are also connected. The current detection can also be done via a current transformer.
Zur Regelung und zur Ansteuerung der Schaltelemente T1 und T2 ist weiter ein Steuerbauteil 7 vorgesehen, welches mit Anschlüssen zur Bestimmung der Lastspannung UL und des Laststroms IL versehen ist. Zur externen Ansteuerung ist eine Interface Schnittstelle 8 zum Anwender vorgesehen. Zur Erzeugung der intern benötigten Spannungen ist ferner ein DC/DC-Wandler 9 zwischen den Ausgängen des Gleichrichters 2 angeordnet.For controlling and driving the switching elements T1 and T2, a control component 7 is further provided, which is provided with terminals for determining the load voltage UL and the load current IL. For external control interface interface 8 is provided to the user. To generate the internally required voltages, a DC / DC converter 9 is further arranged between the outputs of the rectifier 2.
Im Ausführungsbeispiel wurden die beiden Kapazitäten C1 und C2 jeweils mit 6,6 μF gewählt. Als Schaltelemente T1 und T2 wurden jeweils Power-MOSFET-Transistoren eingesetzt. Die Drossel L1 besaß eine Induktivität von 17 μH.In the exemplary embodiment, the two capacitances C1 and C2 were each selected to be 6.6 μF. As switching elements T1 and T2 respectively power MOSFET transistors were used. The inductor L1 had an inductance of 17 μH.
Als Schnittstelle war eine RS232-Schnittstelle implemtiert. Über diese Schnittstelle ist zum einen die Helligkeit der Lampe extern einstellbar. Zum anderen können über diese Schnittstelle auch Informationen über Betriebszustände der Last, insbesondere der Lampe, oder die Lampenleistung übermittelt werden.As an interface, an RS232 interface was implemented. On the one hand, the brightness of the lamp can be set externally via this interface. On the other hand, about this Interface also information about operating states of the load, in particular the lamp, or the lamp power are transmitted.
Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform eingeschränkt. Es können grund- sätzlich andere Bauelemente anderer Charakteristiken und andere bzw. beliebige Schnittstellen eingesetzt werden.The invention is not limited to this embodiment. In principle, other components of other characteristics and other or any interfaces can be used.
Während des Betriebs schalten die Transistoren T1 und T2 abwechselnd die Spannung vom Kondensator C1 oder C2 über die Drossel L1 an die Last 5. Ist der Transistor T1 eingeschaltet, fließt der Strom von C1 über L1 zur Last 5 bzw. zur Lampe. Schaltet der Transistor T2 ein, dreht sich der Strom in der Drossel L1.During operation, the transistors T1 and T2 alternately switch the voltage from the capacitor C1 or C2 via the inductor L1 to the load 5. When the transistor T1 is turned on, the current flows from C1 via L1 to the load 5 and to the lamp, respectively. When the transistor T2 turns on, the current in the inductor L1 turns.
Es fließt in der Last 5 bzw. in der Lampe ein Wechselstrom, der für die Lebensdauer von Halogenlampen von Vorteil ist.It flows in the load 5 and in the lamp an alternating current, which is for the life of halogen lamps advantage.
Die Kondensatoren C1 und C2 sind HF - technisch parallel geschaltet und können auch durch einen Kondensator ersetzt werden. Die Regelung der Lampenspannung kann durch die Veränderung der Pulsbreite des Ansteuersignals oder durch Änderung der Frequenz erfolgen. Regelt man über die Frequenzänderung, schalten die Transistoren T1, T2 immer ein, wenn die Spannung an den Transistoren null ist. Damit erfolgt das Einschalten verlustfrei (zero voltage switching). Es kann damit ein Dimmer mit einem sehr hohen Wirkungsgrad aufgebaut werden. Schaltet der Transistor T2 aus, treibt die Drossel L1 den Strom weiter durch die parasitäre Diode D1 vom Transistor T1. Somit ist dann die Spannung an dem Transistor null.The capacitors C1 and C2 are HF - technically connected in parallel and can also be replaced by a capacitor. The control of the lamp voltage can be done by changing the pulse width of the drive signal or by changing the frequency. Regulating the frequency change, the transistors T1, T2 always turn on when the voltage across the transistors is zero. Thus, the switching is lossless (zero voltage switching). It can be used to build a dimmer with a very high efficiency. Turns off the transistor T2, drives the inductor L1, the current through the parasitic diode D1 from the transistor T1. Thus, then the voltage across the transistor is zero.
In Fig. 2 ist ein Gesamtschaltbild für den Halbbrückenwandler 3 mit Eingangsdrossel L1 dargestellt.FIG. 2 shows an overall circuit diagram for the half-bridge converter 3 with input inductor L1.
Hieraus wird ersichtlich, dass die beiden Kondensatoren HF-technisch als parallel geschaltet zu betrachten sind (Ersatzschaltbild). Ist T1 geschlossen, entlädt sich C1. Wird T2 geschlossen, so entlädt sich C2.It can be seen from this that the two capacitors are to be regarded as being connected in parallel by HF technology (equivalent circuit diagram). T1 is closed, C1 discharges. When T2 is closed, C2 discharges.
Im Normalfall ist der Kondensator C2 so ausgelegt, dass er im Mittel auf Ue/2 aufgeladen ist und sich die Spannung an ihm während einer Schaltperiode nicht ändert. Aus Fig. 3 werden verschiedene Spannungsverläufe am Halbbrückenwandler 3 ersichtlich. Man erkennt die getaktete Ansteuerung der Schaltelemente T1 und T2 durch die Spannung UG1 und UG2. Der Spannungsverlauf im Halbbrückenwandler 3 weist Sprünge auf, da sich die Polarität des Drossel- bzw. Laststroms IL ändert. Dabei wirkt die Drossel L1 während der Zeit toni als Quelle und treibt den Strom durch die parasitäre Diode des geschalteten Schaltelements.Normally, the capacitor C2 is designed so that it is charged to Ue / 2 on average and the voltage across it does not change during a switching period. From Fig. 3, various voltage waveforms on the half-bridge converter 3 can be seen. It can be seen the clocked control of the switching elements T1 and T2 by the voltage UG1 and UG2. The voltage curve in the half-bridge converter 3 has jumps, since the polarity of the throttle or load current IL changes. In this case, the choke L1 acts as a source during the time t on i and drives the current through the parasitic diode of the switched switching element.
Für die Berechnung des Stromverlaufs in der Last gelten die Randbedingungen:The boundary conditions apply to the calculation of the current profile in the load:
1. Keine wesentliche Spannungsänderung an C2 für die Dauer einer Schaltperiode1. No significant voltage change on C 2 for the duration of a switching period
2. ton 1+ton 2 = T/2 , Uc2 = Ue/22nd tone 1 + tone 2 = T / 2, U c2 = U e / 2
Für die Zeit W gilt das Ersatzschaltbild gemäß Fig. 4.For the time W, the equivalent circuit diagram according to FIG. 4 applies.
Mit dem einfachen Ersatzschaltbild (ESB) kann nun der Drosselstrom und damit der Strom durch die Last berechnet werden.The simple equivalent circuit diagram (ESB) can now be used to calculate the inductor current and thus the current through the load.
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
Für die Zeit toni wird die Drossel zur Quelle.For the time toni the throttle becomes the source.
Für die Zeit von t>ton2 bis toni gilt das Ersatzschaltbild gemäß Figur 5. Es gilt das Folgende:
Figure imgf000009_0002
For the time from t> ton 2 to toni, the equivalent circuit diagram according to FIG. 5 applies. The following applies:
Figure imgf000009_0002
Mit der Anfangsbedingung für t=0, i = lton2
Figure imgf000009_0001
With the initial condition for t = 0, i = 1 ton2
Figure imgf000009_0001
Berechnung der Zeit toni
Figure imgf000010_0001
Calculation of time t on i
Figure imgf000010_0001
Setzt man für lton2 die Gleichung 1 ein, erhält man:Substituting Equation 1 for 1 ton2 gives:
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0003
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0003
Für die Berechnung der Spannung an der Last gilt das Folgende:The following applies to the calculation of the voltage at the load:
Da die Last eine ohmsche Last ist, ist der Spannungsverlauf gleich dem Stromverlauf.Since the load is an ohmic load, the voltage curve is equal to the current curve.
Der Mittelwert über eine Periode ist:The mean over a period is:
UR M AV V
Figure imgf000010_0004
Fig 6 zeigt den Stromverlauf in der Drossel L1 und in der Last bzw. in dem elektrischen Verbraucher 5. In Fig.7 ist schematisch ein so genannter Moving Head 10 dargestellt, der ein Fußteil 11 sowie einen daran bewegbar angeordneten Scheinwerfer 12 umfasst. Der Scheinwerfer 12 trägt dabei zur gerichteten Ausleuchtung eines spezifischen Raumwinkelbereichs mit einem Lichtstrahl variabler Intensität eine dimmbare Halogenlampe 13. Zur Dimmung der Halogenlampe 13 bzw. zur Einstellung der gewünschten Lampenintensität ist in dem Fußteil 11 eine Dimmerschaltung 14 angeordnet, wie sie insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist.
UR M AV V
Figure imgf000010_0004
FIG. 6 shows the current profile in the inductor L1 and in the load or in the electrical load 5. FIG. 7 schematically shows a so-called moving head 10 which comprises a foot part 11 and a headlight 12 arranged movably thereon. For dimming the halogen lamp 13 or for setting the desired lamp intensity, a dimmer circuit 14 is arranged in the foot part 11, as shown in particular in FIG. 1 is shown.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
EMV-FilterEMC filters
Gleichrichterrectifier
Halbbrückenwandler erste Anschlussstelle elektrischer Verbraucher zweite AnschlussstelleHalf-bridge converter first connection point electrical load second connection point
Steuerbauteilcontrol component
Schnittstelle/InterfaceInterface / Interface
DC/DC-WandlerDC / DC converter
Moving HeadMoving Head
Fußteilfootboard
Scheinwerfer Halogenlampe Headlamp halogen lamp

Claims

Ansprüche claims
1. Netzrückwirkungsarme Dimmerschaltung (14) zur Leistungsregelung eines elektrischen Verbrauchers (5), insbesondere einer Lampe, mit einem an ein Versor- gungsnetz anschließbaren Gleichrichter (2), mit einem vom Gleichrichter (2) gespeisten Halbbrückenwandler (3), umfassend zwei in Serie zwischen die Ausgänge des Gleichrichters (2) geschaltete elektrische Schaltelemente (T1 ,T2) und eine erste Anschlussstelle (4) für den Verbraucher (5) zwischen den Schaltelementen (T1.T2), sowie mit einem Steuerbauteil (7), welches die Schaltelemente (T1 ,T2) derart ansteuert, dass die Anschlussstelle (4) abwechselnd mit dem einen und dem anderen Ausgang des Gleichrichters (2) schaltungstechnisch verbunden ist.1. Low-power dimmer circuit (14) for power control of an electrical load (5), in particular a lamp, with a connectable to a supply network rectifier (2), with a rectifier (2) fed half-bridge converter (3) comprising two in series between the outputs of the rectifier (2) connected electrical switching elements (T1, T2) and a first connection point (4) for the consumer (5) between the switching elements (T1.T2), and with a control member (7) which controls the switching elements ( T1, T2) in such a way that the connection point (4) is alternately connected in terms of circuit technology to one and the other output of the rectifier (2).
2. Dimmerschaltung (14) nach Anspruch 1, wobei der Halbbrückenwandler (3) zwei in Serie zwischen die Ausgänge desThe dimmer circuit (14) according to claim 1, wherein the half-bridge converter (3) two in series between the outputs of
Gleichrichters (2) geschaltete Kapazitäten (C1.C2) und eine zwischen den Kapazitäten (C1.C2) angeordnete zweite Anschlussstelle (6) umfasst, so dass der e- lektrische Verbraucher (5) zwischen die erste und die zweite Anschlussstelle (4 bzw. 6) schaltbar ist.Rectifier (2) connected capacitances (C1.C2) and between the capacitances (C1.C2) arranged second connection point (6), so that the e- lectric consumer (5) between the first and the second connection point (4 or 6) is switchable.
3. Dimmerschaltung (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrischen Schaltelemente (T1 ,T2) als Transistoren, insbesondere als MOSFET's oder als Bipolar-Transistoren, oder als IGBT's ausgebildet sind.3. dimmer circuit (14) according to claim 1 or 2, wherein the electrical switching elements (T1, T2) as transistors, in particular as MOSFET 's or as bipolar transistors, or as IGBT 's are formed.
4. Dimmerschaltung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ersten Anschlussstelle (4) eine Drossel (L1) vorgeschaltet ist.4. dimmer circuit (14) according to any one of the preceding claims, wherein the first connection point (4) is connected upstream of a throttle (L1).
5. Dimmerschaltung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Gleichrichter (2) ein Entstörfilter (1) vorgeschaltet ist.5. dimmer circuit (14) according to any one of the preceding claims, wherein the rectifier (2) an interference filter (1) is connected upstream.
6. Dimmerschaltung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerbauteil (7) zur Dimmung die Schaltelemente (T1 ,T2) getaktet mit variabler Pulsbreite oder mit variabler Frequenz ansteuert. 6. dimmer circuit (14) according to any one of the preceding claims, wherein the control member (7) for dimming the switching elements (T1, T2) clocked with variable pulse width or variable frequency drives.
7. Dimmerschaltung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerbauteil (7) mit einer Schnittstelle (8) zum Daten- oder Signalaustausch mit einem externen Steuergerät verbunden ist.7. dimmer circuit (14) according to any one of the preceding claims, wherein the control member (7) is connected to an interface (8) for data or signal exchange with an external control device.
8. Bewegbarer Scheinwerfer (12), insbesondere zur Bühnenbeleuchtung, mit einer Halogenlampe (13) sowie mit einer der Halogenlampe (13) vorgeschalteten Dimmerschaltung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 8. Movable headlight (12), in particular for stage lighting, with a halogen lamp (13) and with a halogen lamp (13) upstream dimmer circuit (14) according to one of the preceding claims.
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