WO2011047818A1 - Vorrichtung zur ansteuerung einer mehrzahl von elektrischen verbrauchern - Google Patents

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WO2011047818A1
WO2011047818A1 PCT/EP2010/006354 EP2010006354W WO2011047818A1 WO 2011047818 A1 WO2011047818 A1 WO 2011047818A1 EP 2010006354 W EP2010006354 W EP 2010006354W WO 2011047818 A1 WO2011047818 A1 WO 2011047818A1
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throttle
winding
pair
control node
control
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PCT/EP2010/006354
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Stephan Gruber
René FRANZKY
Winfried Beyer
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Exscitron Gmbh
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    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines

Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling a plurality of electrical consumers according to the preamble of the main claim.
  • electrical consumers can have LEDs, in particular in the form of strands.
  • FIG. 2 describes such an arrangement in which a first control node CH1 and a second control node CH2 each represent the switching point for a series connection of a plurality of LEDs (in this case 10 per line).
  • each LED causes them to be arranged in series in the manner described; a typical voltage drop of about 3.2 V with a white LED then leads to each strand in the arrangement shown in FIG. 2 voltages of about 32 V abut.
  • CONFIRMATION COPY Do not exceed low voltages, this means that several strands, such as in the Fig. 2 shown type with two strands, are connected in parallel when orders of magnitude of 15 to 20 LEDs are exceeded.
  • component tolerances and other production-related deviations mean that parallel circuits of several strings form voltage differences without separate measures, with the result of an uneven distribution of current to the individual strings. This leads undesirably to uneven brightness of the respective LEDs and disadvantages for the life of the lamps.
  • the object of the present invention is therefore to simplify a generic device for controlling a plurality of electrical consumers, in particular to reduce the constructive or hardware complexity, while at the same time providing a circuit which, in an energy-efficient manner, acts upon the majority of the electrical components Consumer with minimized power loss allows.
  • the secondary current of a main transformer is divided into two individual individual currents applied to the primary side, preferably by equipping the number of turns (number of turns) of the secondary side windings appropriately make the division into the same secondary-side individual streams, whereby by adapting the transmission ratio also a different setting can be made.
  • a throttle pair in the manner of a current transformer is now provided in each of the secondary-side circuit branches, which consists of oppositely wound mutually magnetically cooperating reactors (which are provided, for example, on a common throttle core).
  • These choke coils are then connected downstream in the direction of the first or second control node for the electrical consumers (FIG. 2) rectification means, eg a diode for half-wave rectification, with a first choke of the choke pair being connected to the first control node and wound in opposite directions) second choke coil of the pair is connected via the rectifying means to the second control node.
  • the first throttle is connected to the first control node
  • the second throttle is connected to the second control node, in each case rectified, wherein the throttles are connected such that throttle elements connected to a control node are connected. be (ie each one of the two pairs) are also wound in opposite directions.
  • each throttle pair in the manner of a current transformer for the half-waves divides the current (in the preferred case of the same numbers of turns or turns, this ratio is 1: 1, while with different numbers of turns, the currents behave inversely proportional to the transmission ratio in the throttle pair).
  • the antipole configuration i.e., the opposing windings of the individual inductors of a pair of inductors on a common core
  • the magnetic fluxes of the windings causes the magnetic fluxes of the windings to cancel each other out over the waveform.
  • this advantageously leads to that of the first or second second currents in the control nodes remain constant, a differential voltage between CH1 and CH2 magnetizes the core.
  • a correspondingly reversed differential voltage occurs at a following half-wave, finds for the core Enttial. Magnetization takes place.
  • a respective throttle pair with an associated absolute number of turns per winding after a maximum occurring differential voltage between the strands or a desired maximum modulation of the core (taking into account its geometry) interpreted and designed.
  • the inventive principle is not limited to the provision of a throttle pair for each circuit branch or for each control node; Rather, the output signal of a throttle pair can be used according to further development and in the manner of a cascade, in turn suitable for controlling two further throttle pairs, so that in this way the number of control nodes to be triggered (and thus provided electrical consumers) increase accordingly.
  • n-1 dividing transformers where such a dividing transformer provides two pairs of inductors on a common core, it is possible to apply n electric loads each having a constant (or ideally even) control current.
  • this cascaded implementation of the invention it is provided (and claimed independently) to provide a configuration in the manner of a pairwise coupling of adjacent channels for respective control nodes, wherein the first secondary-side winding of the transformer unit, a first throttle of a first Drosselanord- tion is connected downstream, which is connected via rectification means to the first of the control nodes, and a third throttle of the first throttle arrangement is connected, which is connected via rectification means to the second of the control nodes.
  • the second secondary-side winding of the transformer unit is followed by a second throttle of the first throttle arrangement, which is connected to the first of the control nodes via rectification means, and a fourth throttle of the first throttle arrangement connected downstream, which is connected via rectification means to the second of the control nodes.
  • the second and fourth restrictors are each a mutually inductively wound throttle upstream of a second throttle arrangement, wherein said second throttle arrangement is connected to the two individual reactors between the first and second secondary-side winding and the first throttle arrangement.
  • the throttles of the second throttle arrangement are advantageously wound in opposite directions, just as the throttles of the first throttle arrangement connected to a respective one of the control nodes are wound in opposite directions (eg the first throttle and the second throttle of the first throttle arrangement, which are connected to the first control node are). Furthermore, according to the invention, the throttles of the respective throttle arrangements are magnetically coupled to one another, particularly advantageously provided on a common throttle core.
  • the transformer unit on the secondary side a plurality of first and second windings, which are each associated with these branches and separated or isolated from each other.
  • a particularly favorable variant of the invention for which protection is claimed independently, provides that only one winding is present on the secondary side of the main transformer.
  • the provision of a throttle pair (magnetically coupled together) in the described manner leads to the desired result, but with such a simplified (and asymmetrical) topology it must be ensured that the magnetization of the core resulting from voltage differences is suitably demagnetized.
  • a demagnetization unit with auxiliary winding is advantageously provided, which, preferably with the aid of a (bridge) rectifier, or this auxiliary winding with center tap and a full-wave rectification, leads to demagnetization potential, the demagnetization of the core which is described above execution Example by the alternating half-waves in push-pull configuration or center tap the secondary winding was effected.
  • the device according to the invention can be realized as a charger.
  • the plurality of electrical loads in the form of a plurality of (electric) motors, in particular stepper motors, which are acted upon in the manner according to the invention with a constant current.
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram for illustrating two parallel electrical consumers
  • FIG. 3 shows a modification of the embodiment of FIG. 1 by a short circuit or dimming unit assigned to one of the two control nodes; 1 in a cascaded, two-stage system of throttle pairs for driving four electrical consumers; a variant of the invention with only one secondary-side winding of the main transformer, wherein the first and second control node associated throttle pair additionally cooperates with an auxiliary winding for demagnetization; an embodiment of the invention as a variant of FIG. 4, in which, instead of a cascaded system, a pairwise coupling of adjacent channels is made and Fig. 7 shows a development of the embodiment of Fig. 6, in which for a respective channel of a control node own first or second secondary-side windings of
  • (Main) transformers are provided to separate the circuit branches formed therefrom.
  • Fig. 1 illustrates the essential components of the first embodiment of the invention.
  • a pair of secondary windings 12, 14 are formed, which are connected to each other via a center tap 13 and circuit branches 16 and 18 form.
  • a throttle pair 20 consisting of a pair of oppositely wound to each other, provided on a common core chokes 24, 26 are provided (the points in the diagram show the winding sense in otherwise known manner).
  • a throttle pair 22 consisting of the individual throttles 28, 30 wound in opposite directions, is provided;
  • All of the individual throttles 24, 26, 28, 30 are formed by means of a common inductor core and thus act magnetically together.
  • an output (Pol) of the throttle 24 is connected via a rectifier diode 32 to the first control node CH1 (Fig. 2), said control node via a filter capacitor 40 to ground (GND).
  • the second throttle 26 of the first throttle pair 20 is guided via an associated rectifier diode 36 to the control node CH2; this too is high-frequency on mass via a filter capacitor 42.
  • the apparatus shown is supplied on the primary side with a regulated or constant primary current (in the manner of a conventional ballast), this primary current then alternately, depending on which half-wave is present in the secondary windings 12, 14, or in the branches 16 formed 18 flows.
  • the respective throttle pairs 20 and 22 then act in the manner of a current transformer such that the current in the branch 16 to the throttle 24, 26 divides (assuming a turn ratio of 1: 1). Due to the mutual polarity, the magnetic fluxes of the windings cancel each other out.
  • a frequency of the impressed current in the range between approximately 100 and 200 kHz (conceivable is a range between 30 and 500 kHz) and a maximum voltage at CH1 or CH2 in the range between about 40 and 50 V (corresponding to usually 10 to 15 LEDs per string), the chokes 24 to 30 typical winding numbers from a few to hundreds on; sieving capacities 40 and 42 are in the range of 1 pF to 10 mF.
  • the ratio of these winding numbers to each other determines the ratio in which the currents behave in the control nodes, i.
  • Winding ratio throttle 24: Winding ratio throttle 26 12 (in CH2): 11 (in CH1).
  • FIG. 3 illustrates a preferred and advantageous modification of the exemplary embodiment of FIG. 1.
  • the chokes 26 and 28 for the node CH2 are followed by a short-circuit unit consisting essentially of a FET 50 as being connected to its gate 52.
  • controlled switching element, decoupling diodes 54, 56 are associated with the throttle outputs.
  • a e.g. Clocked or periodic and / or modulated control of the gate terminal 52 then allows the dimming of the LED string connected to CH2 in that corresponding to the turn-on of the FET 50, a short circuit to ground and this ground-derived part of the current is no longer for CH2 is available.
  • the transistor 50 also allows a voltage regulation, for example by the fact that the transistor 50 by its switching behavior specifically influences the charging or discharging behavior of the capacitor 42 (for example between two control values). If, in addition, the modulation or a pulse duty factor On: off at the switching input 52 of the transistor 50, the phase current (here 12 to CH2) between 0 and 100% predetermined nominal value can be suitably set. The current in the other string (CH1) remains unchanged in this configuration, as long as the current supplied by the main transformer 10 remains constant.
  • the filter capacitor is laid on the primary side of the main transformer (not shown), a circuit-based simplification is possible on the secondary side, namely the removal of the capacitors, in which case the short circuit switch (transistor 50) also functions without the decoupling diodes shown (54, 56) can be connected directly to the output.
  • FIG. 4 illustrates a further modification in the form of a cascade.
  • throttle pairs 60, 62, 64, 66 are provided, wherein (in cascaded continuation of the embodiment of FIG. 1), the throttle pairs 20, 22 sit on a common core, as well as the throttle pairs 60, 62 have a common core and the throttle pairs 64, 66 have a common core.
  • the individual inductors of the inductor pairs 60 to 66 are wound in opposite directions, and in the exemplary embodiment of FIG. 4, each of the trains (thus control nodes CH1 to CH4) has its own short-circuit according to FIG. 3, so that the greatest possible flexibility in connection or modulation of the gate Connections 70 to 76 exists.
  • throttle pairs 20, 22 and 60, 62 and 64, 66 are each understood as a divide transformer, a current control for a total of four lines or control nodes can be realized with a total number of three diverters.
  • any push-pull main converter circuits including half bridge, full bridge, resonant converter, M circuit, etc. If, for example, for an output, the respectively associated diodes are reversed, a negative output voltage is present at the corresponding control node or a negative output current flows. In absolute terms, this current corresponds to the positive current and, as described above, can be adjusted by predetermining the corresponding transformation ratios. If the diodes (70, 72) are reversed for the control node CH4 (FIG. 4), CH4 is negative in terms of current and voltage. Accordingly, the polarity of the decoupling diodes (74, 76) for the switching transistor (50) in this branch would have to be reversed, whereby this short-circuit switch would then be realized as a P-channel transistor.
  • Fig. 5 illustrates a further modification of the basic principle of Fig. 1; in a further simplification, however, a departure from the push-pull principle of Fig. 1 (in which advantageously both half-waves of the main transformer signal used and in particular could also be used for demagnetization).
  • the secondary side has only one winding 80, which a throttle pair (wound in opposite directions) 82, 84 is connected downstream on a common core and in turn is guided via rectifier diodes 32, 34 to the control nodes CH, CH2.
  • a throttle pair wound in opposite directions
  • magnetization of the inductor core (which would not be demagnetized in the opposite polarity half-wave as in the case of the push-pull circuit described above) is achieved by the one-shot implementation of FIG. 5 and potentially non-uniform voltages at CH 1 and CH 2, is Form of an auxiliary winding 86, connected to a bridge rectifier 88 and a filter capacitor 90 to an auxiliary potential Uhiif realized demagnetization.
  • the demagnetization winding 86 can (with appropriate isolation) also feed back to the primary side.
  • the illustrated principle of FIG. 5 functions both in single-ended flux and in flyback converters. Only with all types of flux transformers (including push-pull) sits between the rectifier and the filter capacitor nor a choke with demagnetization. Also, the embodiment of FIG. 5 by means of the control or dimming of FIG. 3 can be further developed.
  • FIGS. 6 and 7 show a further embodiment of the invention which, compared with the cascaded embodiment of the invention according to FIG. 4, represents a variant by coupling adjacent channels.
  • the transformer unit 10 in turn on the secondary side two windings 12 and 14, which have a common tap to GND.
  • each of the windings 12, 14 leads to one of the four control nodes CH1 to CH4, which in turn, analogously to the above-described manner, a current division or current limitation for preferably there connectable (not shown) electrical loads to offer.
  • a throttle pair 70 (referred to in the diagram as TR3-A and TR3-B) upstream, which sits on a common core and is wound in opposite directions.
  • Two further individual throttles of a throttle pair 72 are part of the same throttle arrangement, sit on the same core and form part of a branch directed to the second control node CH2 (again via rectifying means D2).
  • the throttle pair 72 is preceded by a throttle pair 80 of a second throttle arrangement, with a first throttle TR2-A leading to the first secondary-side winding 12 and a second throttle TR2-B of the pair 80 leading to the second winding 14.
  • throttle pairs 74 for the third control node CH3 and 76 (for the fourth control node CH4)
  • the embodiment of FIG. 6 (based on the first throttle arrangement with the pairs 70, 72) is symmetrical ;
  • the throttle pairs 74, 76 sit on a common core.
  • Throttles of a throttle pair 82 are respectively connected upstream of the throttle pair 74, the throttle pair 82, together with the throttle pair 80, forming a self-described throttle arrangement (again on a common core) as described above.
  • circuit principle of the embodiment of Figure 6 can be extended to any number of channels.
  • n-1 diverting transformers ie inductor arrangements in the sense described above
  • n output channels are again required for n output channels, as in the embodiment of FIG. 4.
  • the transmission ratio of the throttle arrangements connected to the relevant control node must be adapted, the above-mentioned rules being valid. If, for example, another current value flows into the node CH2 in the circuit of FIG. 6 than into the nodes CH1, CH3, CH4, then the transmission ratio of the throttle pair 80: 82 must be equal to the transmission ratio of the throttle pair 72: 70 in order to generate a different current 12 to adjust.
  • FIG. 7 shows a variant of the embodiment of FIG. 6, wherein the same reference numerals designate corresponding matching circuit components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, die an jeweiligen Steuerknoten mit einem konstanten Steuerstrom beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine primärseitig mit einem geregelten und/oder Konstantstrom einer vorbestimmten Frequenz beaufschlagte Transformatoreneinheit mindestens eine erste und eine zweite sekundärseitige, einen gemeinsamen Abgriff aufweisende Wicklung aufweist, der ersten Wicklung ein erster einen ersten Steuerknoten für einen ersten elektrischen Verbraucher ausbildenden Schaltungszweig und der zweiten Wicklung ein zweiter einen zweiten Steuerknoten für einen zweiten elektrischen Verbraucher ausbildenden Schaltungszweig zugeordnet ist, der erste und der zweite Schaltungszweig jeweils ein zueinander gegensinnig gewickeltes und magnetisch zusammenwirkendes Drosselpaar aufweisen, wobei eine erste Drossel des Drosselpaares über Gleichrichtmittel mit dem ersten Steuerknoten verbunden ist und eine zweite Drossel desselben Drosselpaares über Gleichrichtmittel mit dem zweiten Steuerknoten verbunden ist, mit einem der Steuerknoten verbundene Drosseln zueinander gegensinnig gewickelt sind und die Drosselpaare magnetisch gekoppelt sind, insbesondere einen gemeinsamen Drosselkern aufweisen.

Description

Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl
von elektrischen Verbrauchern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Dabei können derart elektrische Verbraucher LEDs aufweisen, insbesondere in Form von Strängen. Andererseits ist es von der Erfindung umfasst und beansprucht, diese elektrischen Verbraucher in Form von solchen elektrischen Verbrauchern vorzusehen, welche keine halbleiterbasierten Lampen, insbesondere keine LEDs aufweisen und vielmehr als Batterie- bzw. Akku realisiert sind (wobei dann die vorliegende Erfindung zur Ansteuerung einer Mehrzahl derartiger Batterien bzw. Akkus als Ladegerät ausgebildet ist), ergänzend oder alternativ die elektrischen Verbraucher Elektromotoren, aufweisen, wiederum alter- nativ eine Mehrzahl von jeweils einen Konstantstrom eingespeist aufweisenden Galvanikvorrichtungen.
Zum Stand der Technik soll zunächst auf die LED-Technologie Bezug genommen werden.
Insbesondere zum Zweck der Herstellung von lichtstarken Leuchten werden (Leistungs-) LEDs in Strangform als Reihenschaltung zusammengesetzt, um dann (auf einem geeigneten Träger gehalten) die kumulierte Lichtstärke abgeben zu können. Die Fig. 2 beschreibt eine derartige Anordnung, bei welcher ein erster Steuerknoten CH1 und ein zweiter Steuerknoten CH2 jeweils den Be- schaltungspunkt für eine Reihenschaltung einer Mehrzahl von LEDs (hier jeweils 10 pro Strang) darstellen.
Die Notwendigkeit zum Erreichen einer gleichmäßigen Lichtleistung jeder LED führt dazu, dass diese in der beschriebenen Weise als Reihenschaltung angeordnet werden; ein typischer Spannungsabfall von ca. 3,2 V bei einer weißen LED führt dann dazu, dass pro Strang in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung jeweils Spannungen von ca. 32 V anliegen. Vor dem Ziel, Sicherheitsgrenzen für
BESTÄTIGUNGSKOPIE Kleinspannungen nicht zu überschreiten, führt dies dazu, dass mehrere Stränge, etwa in der Fig. 2 gezeigten Art mit zwei Strängen, parallel geschaltet werden, wenn Größenordnungen von 15 bis 20 LEDs überschritten werden. Allerdings führen Bauteiletoleranzen und andere fertigungsbedingte Abweichungen dazu, dass ohne gesonderte Maßnahmen Parallelschaltungen mehrerer Stränge Spannungsdifferenzen ausbilden, mit der Folge einer ungleichmäßigen Stromaufteilung auf die einzelnen Stränge. Dies führt in unerwünschter Weise zu ungleichmäßiger Helligkeit der jeweiligen LEDs sowie Nachteilen für die Lebensdauer der Leuchtmittel.
Entsprechend ist es aus dem Stand der Technik zum Erreichen einer gleichmäßigen Lichtausbeute parallel geschalteter Stränge mit jeweils mehreren LED- Leuchtmitteln üblich, jedem Strang eine Stromregelung vorzuschalten, welche den im Strang fließenden Strom (11 in Strang 1 , 12 in Strang 2 in Fig. 2) auf einen gemeinsamen Wert einstellt bzw. regelt.
Dies ist jedoch aufwändig, da für jeden Strang eine eigene Stromregeleinheit notwendig ist, so dass insbesondere im Bereich der Großserientechnik bzw. der Consumer-Anwendungen der Bedarf nach einer vereinfachten Stromregelung für eine Mehrzahl paralleler Stränge von als Reihenschaltung vorgesehener LED-Leuchtmittel besteht. Dieser prinzipielle Bedarf existiert zudem nicht nur für die lediglich für den Problemkontext herangezogenen LED-Leuchtmittel, vielmehr besteht dieser Bedarf für jegliche, typischerweise mit einem (geregel- ten) Konstantstrom beaufschlagte Verbraucher, wie etwa (zu ladende) Batterien bzw. Akkumulatoren, elektrische Motoren (insbesondere Schrittmotoren) oder Galvanikanlagen. Alle diese Verbraucher sowie weitere, typischerweise mit einem Konstantstrom betriebene elektrische Verbraucher werden im Weiteren als „elektrische Verbraucher" im Sinne der Erfindung betrachtet, wobei eine bevor- zugte Realisierungsform der Erfindung halbleiterbasierte Leuchtmittel, insbesondere LEDs, von der Erfindung ausnimmt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern zu vereinfachen, insbesondere den konstruktiven bzw. Hardware-Aufwand zu vermindern, dabei gleichzeitig eine Schaltung bereitzustellen, welche in energieef- fizienter Weise eine Beaufschlagung der Mehrzahl der elektrischen Verbraucher mit minimierter Verlustleistung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass sekundärseitig eines Haupttrafos (Transformatoreneinheit bzw. Vorschaltgerät) der primärseitig anliegende geregelte bzw. konstant gehaltene Gesamtstrom auf zwei individuel- le Einzelströme aufgeteilt wird, bevorzugt ist, durch geeignete gleiche Ausgestaltung der Wicklungszahlen (Windungszahlen) der sekundärseitigen Wicklungen die Aufteilung in gleiche sekundärseitige Einzelströme vorzunehmen, wobei durch Anpassung des Übersetzungsverhältnisses auch eine abweichende Einstellung erfolgen kann.
Erfindungsgemäß ist nunmehr in jedem der sekundärseitigen Schaltungszweige ein Drosselpaar in der Art eines Stromtrafos vorgesehen, welches aus gegensinnig gewickelten, miteinander magnetisch zusammenwirkenden Drosseln besteht (welche z.B. auf einem gemeinsamen Drosselkern vorgesehen sind). Die- sen Drosselspulen sind dann in Richtung auf den ersten bzw. zweiten Steuerknoten für die elektrischen Verbraucher (Fig. 2) Gleichrichtmittel, z.B. eine Diode zur Halbwellengleichrichtung, nachgeschaltet, wobei eine erste Drossel des Drosselpaares auf diese Weise mit dem ersten Steuerknoten und die (gegensinnig gewickelte) zweite Drosselspule des Paares über die Gleichrichtmittel mit dem zweiten Steuerknoten verbunden ist. Entsprechend für den zweiten Schaltungszweig ist die erste Drossel mit dem ersten Steuerknoten, die zweite Drossel mit dem zweiten Steuerknoten, jeweils gleichgerichtet, verbunden, wobei die Drosseln so beschaltet sind, dass mit einem Steuerknoten verbundene Dros- sein (also jeweils eine der beiden Paare) auch zueinander gegensinnig gewickelt sind.
Da zudem auch die Drosselpaare miteinander magnetisch gekoppelt sind, etwa auch (sämtlichst) auf dem gemeinsamen Drosselkern vorgesehen sind, wird in vorteilhafter Weise durch eine solche Vorrichtung erreicht, dass jedes Drosselpaar, in der Art eines Stromwandlers, für die Halbwellen den Strom aufteilt (wobei im bevorzugten Fall gleicher Windungs- bzw. Wicklungszahlen dieses Verhältnis 1 :1 beträgt, während bei unterschiedlichen Windungszahlen sich die Ströme umgekehrt proportional zum Übersetzungsverhältnis im Drosselpaar verhalten).
Vorteilhaft führt die gegenpolige Ausgestaltung (d.h. die gegensinnigen Wicklungen der Einzeldrosseln eines Drosselpaares auf einem gemeinsamen Kern) dazu, dass sich über den Signalverlauf die magnetischen Flüsse der Wicklungen aufheben. Im Hinblick auf die beabsichtigte Stromregelung für eine Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, etwa zur Ansteuerung der Steuerknoten CH1 bzw. CH2 (Fig. 2) und einer bauteile- bzw. toleranzbedingten Differenzspannung an diesen Strängen, führt dies vorteilhaft dazu, dass die von dem ersten bzw. zweiten Schaltungszweig in die Steuerknoten eingebrachten Ströme nach wie vor konstant bleiben, eine Differenzspannung zwischen CH1 und CH2 den Kern magnetisiert. Da jedoch bei einer folgenden Halbwelle eine entsprechend umgepolte Differenzspannung entsteht, findet für den Kern eine Entbzw. Ummagnetisierung statt.
Entsprechend ist zur Realisierung der Erfindung ein jeweiliges Drosselpaar mit einer zugehörigen absoluten Windungszahl pro Wicklung nach einer maximal auftretenden Differenzspannung zwischen den Strängen bzw. einer gewünschten maximalen Aussteuerung des Kerns (unter Berücksichtigung dessen Geo- metrie) auszulegen und auszugestalten.
In der erfindungsgemäßen Weiterbildung ermöglicht dies gar, dass ein Steuerknoten (bzw. ein zugehöriger elektrische Verbraucher) durch Schalten eines Masseschlusses kurzgeschlossen werden kann (der Strom erhöht sich dadurch nur um seinen hochfrequenten Anteil, der sonst von einem zugeordneten Siebkondensator kurzgeschlossen würde. Da jedoch in einem solchen Fall die vom Haupttrafo gelieferte Spannung nur halb so groß ist, wird, bezogen auf den Ausgangsstrom, dann auch nur die halbe Leistung verbraucht).
Zusätzlich vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Prinzip nicht auf das Vorsehen eines Drosselpaares für jeden Schaltungszweig bzw. für jeden Steuerknoten beschränkt; vielmehr lässt sich weiterbildungsgemäß und in der Art einer Kaskade das Ausgangssignal eines Drosselpaares verwenden, um wiederum geeignet zwei weitere Drosselpaare anzusteuern, so dass sich auf diese Weise die Anzahl der anzusteuernden Steuerknoten (und mithin daran vorgesehene elektrische Verbraucher) entsprechend erhöhen. Dies führt dazu, dass sich mit n-1 Teilertransformatoren (wobei ein derartiger Teilertransformator zwei Drosselpaare auf einem gemeinsamen Kern vorsieht) n elektrische Verbraucher mit jeweils konstantem (bzw. ideal vergleichmäßigtem) Steuerstrom beaufschlagen lassen. Als Variante zu dieser kaskadierten Realisierungsform der Erfindung ist es erfindungsgemäß vorgesehen (und auch unabhängig beansprucht), in der Art einer paarweisen Verkoppelung benachbarter Kanäle für jeweilige Steuerknoten eine Ausgestaltung vorzusehen, bei welcher der ersten sekundärseitigen Wicklung der Transformatoreneinheit eine erste Drossel einer ersten Drosselanord- nung nachgeschaltet ist, die über Gleichrichtmittel mit dem ersten der Steuerknoten verbunden ist, sowie eine dritte Drossel der ersten Drosselanordnung nachgeschaltet ist, die über Gleichrichtmittel mit dem zweiten der Steuerknoten verbunden ist. Dagegen ist der zweiten sekundärseitigen Wicklung der Transformatoreneinheit eine zweite Drossel der ersten Drosselanordnung nachge- schaltet, die über Gleichrichtmittel mit dem ersten der Steuerknoten verbunden ist, sowie eine vierte Drossel der ersten Drosselanordnung nachgeschaltet, die über Gleichrichtmittel mit dem zweiten der Steuerknoten verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der zweiten und vierten Drossel jeweils eine zueinander ge- gensinnig gewickelte Drossel einer zweiten Drosselanordnung vorgeschaltet, wobei diese zweite Drosselanordnung mit den zwei Einzeldrosseln zwischen der ersten bzw. zweiten sekundärseitigen Wicklung und der ersten Drosselanordnung verschaltet ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft sind dabei die Drosseln der zweiten Drosselanordnung zueinander gegensinnig gewickelt, ebenso wie die mit einem jeweiligen der Steuerknoten verbundenen Drosseln der ersten Drosselanordnung zueinander gegensinnig gewickelt sind (also z.B. die erste Drossel und die zweite Drossel der ersten Drosselanordnung, die mit dem ersten Steuerknoten verbunden sind). Weiterhin erfindungsgemäß vorteilhaft sind die Drosseln der jeweiligen Drosselanordnungen untereinander magnetisch gekoppelt, besonders vorteilhaft auf einem gemeinsamen Drosselkern vorgesehen.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung dieser Variante der Erfindung ist es zudem möglich, die jeweiligen Steuerknoten (bzw. zugehörige Schaltungszweige, d.h. dem Steuerknoten vorgeschaltete Drosseln der ersten bzw. zweiten Drosselanordnung) gegeneinander galvanisch zu entkoppeln. Zu diesem Zweck weist die Transformatoreneinheit sekundärseitig eine Mehrzahl von ersten und zweiten Wicklungen auf, welche jeweils diesen Zweigen zugeordnet und voneinander getrennt bzw. gegeneinander isoliert sind.
Eine besonders günstige Variante der Erfindung, für welche unabhängig Schutz beansprucht wird, sieht vor, dass sekundärseitig des Haupttransformators lediglich eine Wicklung vorhanden ist. Auch hier führt das Vorsehen eines (miteinan- der magnetisch gekoppelten) Drosselpaares in der beschriebenen Weise zu dem gewünschten Erfolg, allerdings ist bei einer derartigen vereinfachten (und unsymmetrischen) Topologie sicherzustellen, dass die durch Spannungsdifferenzen entstehende Magnetisierung des Kerns geeignet entmagnetisiert wird. Im Rahmen dieses Erfindungsaspekts ist daher vorteilhaft eine Entmagnetisie- rungseinheit mit Hilfswicklung vorgesehen, welche, weiter bevorzugt mit Hilfe eines (Brücken-) Gleichrichters, oder diese Hilfswicklung mit Mittenanzapfung und einer Zweiweggleichrichtung, zu einem Entmagnetisierungspotential, die Entmagnetisierung des Kerns bewirkt, welche im vorbeschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel durch die abwechselnden Halbwellen bei Gegentaktkonfiguration bzw. Mittenanzapfung der Sekundärwicklung bewirkt wurde.
Im Rahmen der Erfindung ist es dabei bevorzugt, die Mehrzahl der erfindungs- gemäßen elektrischen Verbraucher nicht als LEDs zu realisieren, vielmehr als elektrische Verbraucher nur solche Verbraucher vorzusehen, welche keine halbleiterbasierten Lampen bzw. Leuchtmittel, insbesondere keine LED, aufweisen. Dabei ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, als Mehrzahl der elektrischen Verbraucher eine Mehrzahl von (aufladbaren) Batterien bzw. Ak- kumulatoren vorzusehen, wobei in diesem Fall die erfindungsgemäße Vorrichtung als Ladegerät realisiert sein kann. Alternativ ist es im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung vorgesehen, die Mehrzahl der elektrischen Verbraucher in Form einer Mehrzahl von (elektrische) Motoren, insbesondere Schrittmotoren, vorzusehen, welche in der erfindungsgemäßen Weise mit ei- nem Konstantstrom beaufschlagt werden. Weiter erfindungsgemäß ist es im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung vorgesehen, die Mehrzahl der elektrischen Verbraucher als Vorrichtungen zur Galvanik bzw. galvanischen Behandlung von Werkstücken auszugestalten, welche jeweils in der erfindungsgemäßen Weise mit den Konstantstrom beaufschlagt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in: ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrische Verbrauchern gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2: ein schematisches Schaltbild zum Verdeutlichen zweier parallel zueinander vorgesehener elektrischen Verbraucher;
Fig. 3: eine Modifikation des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 durch eine einem der beiden Steuerknoten zugeordnete Kurzschluss- bzw. Dimmeinheit; eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 in ein kaskadiertes, zweistufiges System aus Drosselpaaren zum Ansteuern von vier elektrischen Verbrauchern; eine Variante der Erfindung mit lediglich einer sekundärseitigen Wicklung des Haupttransformators, wobei das dem ersten bzw. zweiten Steuerknoten zugeordnete Drosselpaar zusätzlich mit einer Hilfswicklung zur Entmagnetisierung zusammenwirkt; eine Ausführungsform der Erfindung als Variante zur Fig. 4, bei welcher, anstelle eines kaskadierten Systems, eine paarweise Verkopplung von benachbarten Kanälen vorgenommen wird und Fig. 7 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Fig. 6, bei welcher für einen jeweiligen Kanal eines Steuerknotens eigene erste bzw. zweite sekundärseitige Wicklungen des
(Haupt-)transformators vorgesehen sind, um die damit gebildeten Schaltungszweige voneinander zu trennen.
Die Fig. 1 verdeutlicht die wesentlichen Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Sekundärseitig eines Haupttrafos 10 ist ein Paar von Sekundärwicklungen 12, 14 gebildet, die über eine Mittelanzapfung 13 miteinander verbunden sind und Schaltungszweige 16 bzw. 18 ausbilden. Im oberen Schaltungszweig 16 ist ein Drosselpaar 20, bestehend aus einem Paar von gegensinnig zueinander gewickelten, auf einem gemeinsamen Kern vorgesehenen Drosseln 24, 26 vorgesehen (die Punkte im Schaltbild zeigen in ansonsten bekannter Weise den Wicklungssinn). Entsprechend ist für den zweiten Schaltungszweig 18 ein Drosselpaar 22, bestehend aus den zueinander gegensinnig gewickelten Einzeldrosseln 28, 30, vorgesehen; im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei im Hinblick auf die Wicklungszahl identischen Sekundärwicklungen 12, 14 sowie gleicher Wicklungszahl der Drosseln 24 bis 30 liegt insoweit eine symmetrische Anordnung vor. Sämtliche der Einzeldrosseln 24, 26, 28, 30 sind mittels eines gemeinsamen Drosselkerns gebildet und wirken insoweit magnetisch zusammen.
Wie die Darstellung der Fig. 1 weiter verdeutlicht, ist ein Ausgang (Pol) der Drossel 24 über eine Gleichrichterdiode 32 mit dem ersten Steuerknoten CH1 (Fig. 2) verbunden, wobei dieser Steuerknoten über einen Siebkondensator 40 auf Masse (GND) liegt. Die zweite Drossel 26 des ersten Drosselpaares 20 ist über eine zugeordnete Gleichrichterdiode 36 zum Steuerknoten CH2 geführt; auch dieser liegt über einen Siebkondensator 42 hochfrequenzmäßig auf Mas- se.
Analog und symmetrisch zum ersten Drosselpaar 20 sind die Einzeldrosseln 28, 30 des zweiten Drosselpaares 22 über Gleichrichterdioden (Gleichrichtmittel) 34, 38 zu den Steuerknoten CH1 bzw. CH2 geführt. Dabei zeigt sich aus der Darstellung der Fig. 1 , dass die zu einem Steuerknoten geführten Einzeldrosseln (etwa 24, 28 für CH1) auch zueinander gegensinnig gewickelt sind (gleichermaßen die Einzeldrosseln 26, 30 im Hinblick auf CH2).
Im Betrieb wird die gezeigte Vorrichtung primärseitig mit einem geregelten bzw. konstanten Primärstrom versorgt (in der Art eines üblichen Vorschaltgeräts), wobei dieser Primärstrom dann abwechselnd, je nachdem welche Halbwelle vorliegt, in den Sekundärwicklungen 12, 14, bzw. in den gebildeten Zweigen 16, 18 fließt. Die jeweiligen Drosselpaare 20 bzw. 22 wirken dann in der Art eines Stromtrafos dergestalt, dass sich der Strom im Zweig 16 auf die Drossel 24, 26 aufteilt (bei angenommenem Wicklungsverhältnis 1 :1). Durch die gegenseitige Polung heben sich die magnetischen Flüsse der Wicklungen auf. Entsprechendes gilt für das Drosselpaar 22 im Zweig 18. Vorteilhaft ergibt sich, dass eine Differenzspannung von CH1 zu CH2 (jeweils bezogen auf Masse) zwar eine Magnetisierung des Kerns bewirkt, diese jedoch bei einer folgenden, umgepol- ten Halbwelle wieder kompensiert bzw. aufgehoben wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel einer Frequenz des eingeprägten Stroms im Bereich zwischen ca. 100 und 200 kHz (denkbar ist ein Bereich zwischen 30 und 500 kHz) und einer maximalen Spannung an CH1 bzw. CH2 im Bereich zwischen ca. 40 und 50 V (entsprechend üblicherweise 10 bis 15 LED pro Strang) weisen die Drosseln 24 bis 30 typische Wicklungszahlen von einigen wenigen bis zu hunderten auf; die Siebkapazitäten 40 bzw. 42 liegen im Bereich von 1 pF bis 10mF.
In Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 ist es möglich, Wicklungszahlen (Windungszahlen) der Drosseln zu modifizieren, wobei die Wicklungszahlen für die jeweiligen Halbwellen zu einem Steuerknoten gleich sein müs- sen, d.h. Wicklungszahl der Drossel 24 = Wicklungszahl der Drossel 28 und Wicklungszahl der Drossel 26 = Wicklungszahl der Drossel 30. Das Verhältnis dieser Wicklungszahlen zueinander legt dann das Verhältnis fest, in welchem sich die Ströme in die Steuerknoten verhalten, d.h. Wicklungsverhältnis Drossel 24 : Wicklungsverhältnis Drossel 26 = 12 (in CH2): 11 (in CH1).
Die Fig. 3 verdeutlicht eine bevorzugte und vorteilhafte Modifikation des Ausführungsbeispiels der Fig. 1. Bei ansonsten gleichen Komponenten ist den Drosseln 26 bzw. 28 für den Knoten CH2 eine Kurzschlusseinheit nachgeschaltet, bestehend im Wesentlichen aus einem FET 50 als an seinem Gate 52 ange- steuertem Schaltelement, wobei Entkoppeldioden 54, 56 den Drosselausgängen zugeordnet sind.
Eine z.B. getaktete bzw. periodische und/oder modulierte Ansteuerung des Gate-Anschlusses 52 ermöglicht dann das Dimmen des an CH2 angeschlossenen LED-Strangs dadurch, dass entsprechend der Einschaltzeit des FET 50 ein Kurzschluss nach Masse erfolgt und dieser nach Masse abgeleitete Teil des Stromes nicht mehr für den CH2 zur Verfügung steht.
Auch ermöglicht der Transistor 50 eine Spannungsregelung, etwa dadurch, dass der Transistor 50 durch sein Schaltverhalten gezielt das Lade- bzw. Entladeverhalten des Kondensators 42 (etwa zwischen zwei Stellwerten) beeinflusst. Ändert man zudem die Modulation bzw. ein Tastverhältnis Ein : Aus am Schalteingang 52 des Transistors 50, lässt sich der Strangstrom (hier 12 zu CH2) zwischen 0 und 100 % vorgegebenem Nennwert geeignet einstellen. Der Strom im anderen Strang (CH1) bleibt bei dieser Konfiguration unverändert, solange der vom Haupttrafo 10 gelieferte Strom konstant bleibt.
Wird in Variation des Prinzips der Figur 3, der Siebkondensator auf die (nicht gezeigte) Primärseite des Haupttransformators verlegt, ist sekundärseitig eine schaltungstechnische Vereinfachung möglich, nämlich das Entfernen der Kon- densatoren, wobei dann der Kurzschlussschalter (Transistor 50) auch ohne die gezeigten Entkoppeldioden (54, 56) direkt mit dem Ausgang verbunden werden kann.
Die Fig. 4 verdeutlicht eine weitere Modifikation in Form einer Kaskade.
Hier sind zusätzliche Drosselpaare 60, 62, 64, 66 vorgesehen, wobei (in kaska- dierter Fortsetzung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1) die Drosselpaare 20, 22 auf einem gemeinsamen Kern sitzen, ebenso wie die Drosselpaare 60, 62 einen gemeinsamen Kern aufweisen und die Drosselpaare 64, 66 einen ge- meinsamen Kern aufweisen. Wiederum sind die Einzeldrosseln der Drosselpaare 60 bis 66 gegensinnig gewickelt, und im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist jedem der Stränge (damit Steuerknoten CH1 bis CH4) eine eigene Kurzschlussschaltung gemäß Fig. 3 zugeordnet, sodass größtmögliche Flexibilität bei Beschaltung bzw. Modulation der Gate-Anschlüsse 70 bis 76 besteht.
Begreift man die Drosselpaare 20, 22 sowie 60, 62 und 64, 66 jeweils als Teilertrafo, lässt sich so mit einer Gesamtanzahl von drei Teilertrafos eine Stromregelung für insgesamt vier Stränge bzw. Steuerknoten realisieren, in der Verallgemeinerung eine Realisierung von n Strängen durch n - 1 Teilertrafos.
Das gezeigte Prinzip ist mit beliebigen Gegentakt-Hauptwandlerschaltungen möglich, eingeschlossen Halbbrücke, Vollbrücke, Resonanzwandler, M- Schaltung usw. Werden etwa, exemplarisch für einen Ausgang, die jeweils zugehörigen Dioden umgepolt, liegt am entsprechenden Steuerknoten eine negative Ausgangsspannung bzw. es fließt ein negativer Ausgangsstrom. Im Betrag entspricht die- ser Strom dem positiven Strom und lässt sich, wie oben beschrieben, durch das Vorgeben entsprechender Übersetzungsverhältnisse einstellen. Sind etwa für den Steuerknoten CH4 (Fig. 4) die Dioden (70, 72) umgepolt, ist entsprechend CH4 im Hinblick auf Strom und Spannung negativ. Entsprechend wäre die Polarität der Entkoppeldioden (74, 76) für den Schalttransistor (50) in diesem Zweig umzukehren, wobei dieser Kurzschlusschalter dann als P-Kanal-Transistor zu realisieren wäre.
Fließt hier beispielsweise während der positiven Halbwelle ein Strom durch die obere Wicklung (64), dann fließt auch der gleiche Strom durch die untere Wick- lung des Paares (66), nur in umgekehrter Richtung. Da diese beiden Wicklungen den gleichen Wicklungssinn aufweisen, die Ströme jetzt aber zueinander entgegengesetzt sind, gilt das oben beschriebene Prinzip. In der vorangehenden Teilerstufe (Wicklungen 20 bzw. 22) addieren sich die magnetischen Flüsse in den Wicklungen 20 (untere Wicklung) und 22 (untere Wicklung), Wickelsinn und Ströme entgegengesetzt und schaffen erfindungsgemäß vorteilhaft den Ausgleich/Balance mit dem Strom in der Wicklung 20 (oben).
Es folgt, dass auch in diesem Fall eines umgepolten Ausgangs die absolute Stromaufteilung in der erfindungsgemäß vorgesehenen Weise erhalten bleibt.
Die Fig. 5 verdeutlicht eine weitere Modifikation des Grundprinzips der Fig. 1 ; in weiterer Vereinfachung erfolgt jedoch eine Abkehr vom Gegentaktprinzip der Fig. 1 (bei welcher vorteilhaft beide Halbwellen des Haupttrafosignals genutzt und insbesondere auch zur Entmagnetisierung verwendet werden konnten). Im weiter vereinfachten Ausführungsbeispiel der Fig. 5 weist die Sekundärseite lediglich eine Wicklung 80 auf, welcher ein Drosselpaar (gegensinnig gewickelt) 82, 84 auf einem gemeinsamen Kern nachgeschaltet ist und wiederum über Gleichrichterdioden 32, 34 an die Steuerknoten CH , CH2 geführt ist. Wieder- um sorgen Siebkondensatoren 40, 42 für einen hochfrequenzmäßigen Masse- schluss.
Da jedoch durch die Eintakt-Realisierung der Fig. 5 und potentiell ungleichmä- ßige Spannungen an CH 1 bzw. CH2 eine Magnetisierung des Drosselkerns erfolgt (welche nicht, wie bei der vorbeschriebenen Gegentaktschaltung, in der entgegengesetzt gepolten Halbwelle entmagnetisiert werden würde), ist in Form einer Hilfswicklung 86, verbunden mit einem Brückengleichrichter 88 und einem Siebkondensator 90 zu einem Hilfspotential Uhiif eine Entmagnetisierung reali- siert.
Die Entmagnetisierungswicklung 86 kann (bei entsprechender Isolierung) auch auf die Primärseite zurückspeisen. Das gezeigte Prinzip der Fig. 5 funktioniert sowohl bei Eintakt-Fluss- als auch bei Sperrwandlern. Lediglich bei allen Arten von Flusswandlern (auch Gegentakt) sitzt zwischen dem Gleichrichter und dem Siebkondensator noch eine Drossel mit Entmagnetisierungsdiode. Auch ist die Ausführungsform der Fig. 5 mittels der Regelung bzw. Dimmung der Fig. 3 weiterbildbar.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Realisierungsform der Erfindung, welche, gegenüber der kaskadierten Ausbildung der Erfindung gemäß Fig. 4, eine Variante durch Verkopplung von benachbarten Kanälen darstellen. Konkret weist die Transformatoreneinheit 10 wiederum sekundärseitig zwei Wicklungen 12 bzw. 14 auf, welche einen gemeinsamen Abgriff nach GND besitzen.
Wie sich aus dem Schaltbild der Fig. 6 ergibt, führt jede der Wicklungen 12, 14 zu einem der vier Steuerknoten CH1 bis CH4, welche wiederum, analog zur vorbeschriebenen Weise, eine Stromteilung bzw. Strombegrenzung für bevorzugt dort anschließbare (nicht gezeigte) elektrische Verbraucher anbieten. Genauer gesagt ist im Hinblick auf den Steuerknoten CH1 , über Dioden D1 als Gleichrichtmittel, ein Drosselpaar 70 (im Schaltbild bezeichnet als TR3-A sowie TR3-B) vorgeschaltet, welches auf einem gemeinsamen Kern sitzt und zueinander gegensinnig gewickelt ist. Zwei weitere Einzeldrosseln eines Drosselpaares 72 (im Schaltbild TR3-C sowie TR3-D) sind Bestandteil derselben Drossel- anordnung, sitzen auf demselben Kern und bilden insoweit Teil eines auf den zweiten Steuerknoten CH2 (wiederum über Gleichrichtmittel D2) gerichteten Zweigs. Dem Drosselpaar 72 ist ein Drosselpaar 80 einer zweiten Drosselanordnung vorgeschaltet, wobei eine erste Drossel TR2-A zur ersten sekundärsei- tigen Wicklung 12 und eine zweite Drossel TR2-B des Paares 80 zur zweiten Wicklung 14 führt.
Im Hinblick auf eine weitere Drosselanordnung bestehend aus Drosselpaaren 74 (für den dritten Steuerknoten CH3) sowie 76 (für den vierten Steuerknoten CH4) ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 (bezogen auf die erste Drosselan- Ordnung mit den Paaren 70, 72) symmetrisch ausgebildet; wiederum sitzen die Drosselpaare 74, 76 auf einem gemeinsamen Kern. Dem Drosselpaar 74 sind jeweils Drosseln eines Drosselpaares 82 vorgeschaltet, wobei das Drosselpaar 82, zusammen mit dem Drosselpaar 80, eine vorstehend beschriebene eigene Drosselanordnung (wiederum auf einem gemeinsamen Kern) ausbildet.
Die jeweiligen Drosselanordnungen 70, 72, ferner 74, 76 sowie 80, 82 weisen ein Übersetzungsverhältnis von 1 :1 auf. Dies führt dazu, dass etwa ein Strom 11 zum ersten Steuerknoten CH1 gleich dem Strom 12 zum zweiten Steuerknoten CH2 ist. Entsprechend sind die weiteren Drosselanordnungen ausgestaltet, wo- bei entsprechend die Drosselanordnung (Transformator) 80, 82 dafür sorgt, dass 12 = 13 ist, und die Drosselanordnung 74, 76 (Transformator) dafür sorgt, dass 13 = 14 gilt.
Im Ergebnis gilt 11=12=13=14, so dass jeder Ausgangsstrom in einen der Steuer- knoten CHi (i=1 bis 4) ein Viertel des vom Haupttransformator 10 (bzw. seiner primärseitigen Regelung) vorgegebenen Wertes ausweist. Aus der Betrachtung des Schaltbilds zur Fig. 6 zeigt sich, dass der Transformator mit den Drosselpaaren 80, 82 prinzipiell wirkt wie die Drosselanordnung mit den Drosselpaaren 20, 22 im Ausführungsbeispiel der Fig. 4. Grundsätzlich sind dabei Wicklungen, die mit gleicher Phasenlage des Eingangssignals arbeiten (also in Fig. 6 etwa die jeweils oberen oder die unteren Einzeldrossel der Paare 80, 82) mit zueinander entgegengesetztem Wicklungssinn gebildet. Dies gilt gleichermaßen für Einzelwicklungen, die auf einen gemeinsamen Steuerknoten führen, also etwa für die Einzeldrosseln des Paares 70, 72 usw. Auch das Schaltungsprinzip des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 lässt sich auf beliebig viele Kanäle erweitern; analog zum vorbeschriebenen Prinzip sind für n Ausgangskanäle wiederum n-1 Teilertransformatoren (also Drosselanordnungen im oben beschriebenen Sinne) erforderlich, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4. Gleichermaßen ist es möglich, das Erfindungsprinzip der Fig. 6 ka- nalweise über zusätzliche Enkoppeldioden sowie einen Kurzschlussschalter (Bezugszeichen 50, 52 in Fig. 4) individuell zu dimmen.
Soll ein Ausgangskanal (Steuerknoten) einen von den anderen verschiedenen Stromwert aufweisen, ist das Übersetzungsverhältnis der mit dem betreffenden Steuerknoten verschalteten Drosselanordnungen anzupassen, wobei die vorstehend genannten Regeln gelten. Soll etwa bei der Schaltung der Fig. 6 in den Knoten CH2 ein anderer Stromwert fließen als in die Knoten CH1 , CH3, CH4, so muss das Übersetzungsverhältnis des Drosselpaares 80 : 82 gleich dem Übersetzungsverhältnis des Drosselpaares 72 : 70 sein, um einen anderen Strom 12 einzustellen.
Auch ist es im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung möglich, die Prinzipien des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 (Kaskadierung) bzw. der Fig. 6 (paarweise Verschaltung) miteinander zu kombinieren; so ist es beispielsweise möglich, dass ein Ausgang (Steuerknoten) der Schaltung der Fig. 6 mit einem weiteren Verteilertransformator (Drosselanordnung), wie in Fig. 1 gezeigt, auf zwei Kanäle aufgeteilt wird. Gleichermaßen kann ein Ausgang (Steuerknoten) der Schaltung aus Fig. 4 etwa die Anordnung nach Fig. 6 speisen und diesen Ausgang dann auf vier Kanäle aufteilen.
Die Fig. 7 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der Fig. 6, wobei glei- che Bezugszeichen entsprechende übereinstimmende Schaltungskomponenten bezeichnen. Im Unterschied zur Fig. 6 ist die Stromteilerschaltung sekundärsei- tig in eine Mehrzahl kanalweise voneinander (galvanisch) getrennter Schaltungszweige aufgeteilt, wobei jeder Schaltungszweig einem der Steuerknoten für die zuzuordnenden Verbraucher zugeordnet ist und jeweils ein (eigenes) sekundärseitiges Wicklungspaar des Haupttransformators aufweist, im Beispiel der Fig. 7 als 12i' bzw. 14 (wobei i=1 bis 4, entsprechend dem jeweiligen Schaltungszweig) bezeichnet.
Durch diese Aufteilung des Haupttransformators 10 in mehrere voneinander isolierte Sekundärwicklungen erfolgt eine magnetische Entkopplung der gezeigten vier Kanäle. Dabei ist, entsprechend der Zuordnung und Ausgestaltung der sekundärseitigen Wicklungen, 12, 14 der Fig. 6 für jeden Kanal eine analoge Phasenlage sicherzustellen.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, die an jeweiligen Steuerknoten (CH1 , CH2) mit einem konstanten Steuerstrom (11 12) beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine primärseitig mit einem geregelten und/oder Konstantstrom einer vorbestimmten Frequenz beaufschlagte Transformatoreneinheit (10) mindestens eine erste (12) und eine zweite (14) sekundärseitige, einen gemeinsamen Abgriff (13) aufweisende Wicklung aufweist,
der ersten Wicklung ein erster einen ersten Steuerknoten (CH1) für einen ersten elektrischen Verbraucher ausbildenden Schaltungszweig (16) und der zweiten Wicklung ein zweiter einen zweiten Steuerknoten (CH2) für einen zweiten elektrischen Verbraucher ausbildenden Schaltungszweig (18) zugeordnet ist,
der erste und der zweite Schaltungszweig jeweils ein zueinander gegensinnig gewickeltes und magnetisch zusammenwirkendes Drosselpaar (20, 22) aufweisen,
wobei eine erste Drossel (24; 28) des Drosselpaares über Gleichrichtmittel (32; 34) mit dem ersten Steuerknoten verbunden ist und eine zweite Drossel (26; 30) desselben Drosselpaares über Gleichrichtmittel (36; 38) mit dem zweiten Steuerknoten verbunden ist,
mit einem der Steuerknoten verbundene Drosseln zueinander gegensinnig gewickelt sind
und die Drosselpaare magnetisch gekoppelt sind, insbesondere einen gemeinsamen Drosselkern aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoreneinheit sekundärseitig zwei Wicklungen (12, 14) mit einer Mittenanzapfung (13) zum Ausbilden des ersten und zweiten Schal- tungszweigsfür eine positive bzw. negative Halbwelle des sekundärseitig übertragenen Signals aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einem Steuerknoten zugeordneten Drosseln eine gleiche Windungszahl aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseln eines Drosselpaares eine gleiche Windungszahl auf- weisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der vorbestimmten Frequenz die Steuerknoten über Kapazitätsmittel (40, 42), insbesondere Siebkondensatoren, mit asse- Potenzial (GND) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätsmittel den Gleichrichtmitteln nachgeschaltet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Art einer Kaskade jeder Drossel eines Drosselpaares (20; 22) ein Drosselpaar (60; 62; 63; 66) mit einer ersten und einer zweiten Drossel nachgeschaltet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Kurzschlussmittel (50, 52, 54, 56), die ausgangsseitig mit den mindestens einem der Schaltungsknoten (CH2) zugeordneten Drosseln (26, 30) so verbunden sind, dass als Reaktion auf eine erste Ansteuerung der Kurzschlussmittel der den Gleichrichtmitteln vorgelagerte Drosselaus- gang mit Massepotenzial verbunden wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel (52) zur getakteten und/oder modulierten, insbesondere PWM-modulierten, An- steuerung der Kurzschlussmittel.
10. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, die an jeweiligen Steuerknoten (CH1 , CH2) mit einem konstanten Steuerstrom beaufschlagt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine primärseitig mit einem geregelten und/oder Konstantstrom einer vorbestimmten Frequenz beaufschlagte Transformatoreneinheit eine se- kundärseitige Wicklung (80) ohne Abgriff aufweist,
der Wicklung ein erster einen ersten Steuerknoten (CH1 ) für einen ersten elektrischen Verbraucher ausbildender Schaltungszweig sowie ein zweiter einen zweiten Steuerknoten (CH2) für einen zweiten elektrischen Verbraucher ausbildender Schaltungszweig zugeordnet ist,
der erste und der zweite Schaltungszweig ein zueinander gegensinnig gewickeltes und magnetisch zusammenwirkendes Drosselpaar (82, 84) aufweisen,
wobei eine erste Drossel (82) des Drosselpaares über Gleichrichtmittel (32) an dem ersten Steuerknoten anliegt und eine zweite Drossel (84) desselben Drosselpaares über Gleichrichtmittel (34) an dem zweiten Steuerknoten anliegt
und dem Drosselpaar eine eine magnetisch mit dem Drosselpaar zusammenwirkende Hilfswicklung (86) aufweisende Entmagnetisierungs- einheit zugeordnet ist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfswicklung eine mit einem Entmagnetisierungspotenzial Uhiif) verbundene Gleichrichtereinheit (88), insbesondere Brückengleichrichtereinheit, aufweist. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von elektrischen Verbrauchern, die an jeweiligen Steuerknoten (CH1 , CH2, CH3, CH4) mit einem konstanten Steuerstrom beaufschlagt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine primärseitig mit einem geregelten und/oder Konstantstrom einer vorbestimmten Frequenz beaufschlagte Transformatoreneinheit (10) mindestens eine erste (12) und eine zweite (14) sekundärseitige, einen gemeinsamen Abgriff aufweisende Wicklung aufweist,
der ersten Wicklung eine erste Drossel einer ersten Drosselanordnung (70, 72) nachgeschaltet ist, die über Gleichrichtmittel (D1) mit einem ersten (CH1) der Steuerknoten verbunden ist, sowie eine dritte Drossel der ersten Drosselanordnung nachgeschaltet ist, die über Gleichrichtmittel (D2) mit einem zweiten der Steuerknoten (CH2) verbunden ist, der zweiten Wicklung eine zweite Drossel der ersten Drosselanordnung nachgeschaltet ist, die über Gleichrichtmittel (D1) mit dem ersten (CH1) der Steuerknoten verbunden ist, sowie eine vierte Drossel der ersten Drosselanordnung nachgeschaltet ist, die über Gleichrichtmittel (D2) mit dem zweiten (CH2) der Steuerknoten verbunden ist,
der zweiten und vierten Drossel jeweils eine zueinander gegensinnig gewickelte Drossel einer zweiten Drosselanordnung (80, 82) vorgeschaltet ist, die zwischen der ersten bzw. zweiten sekundärseitigen Wicklung der Transformatoreneinheit und der ersten Drosselanordnung vorgesehen ist, die mit einem jeweiligen der Steuerknoten verbundenen Drosseln der ersten Drosselanordnung zueinander gegensinnig gewickelt sind und die Drosseln der ersten Drosselanordnung sowie die Drosseln der zweiten Drosselanordnung jeweils magnetisch untereinander gekoppelt sind, insbesondere einen gemeinsamen Drosselkern aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden der Steuerknoten ein zugehöriger Schaltungszweig ausgebildet ist, welcher die mit dem betreffenden Steuerknoten verbundenen Drosseln der ersten Drosselanordnung sowie die erste und die zweite sekundärseitige Wicklung der Transformatoreneinheit aufweist, wobei zum Trennen der Schaltungszweige voneinander die ersten sekundärseitigen Wicklungen (12i') sowie die zweiten sekundärseitigen Wicklungen (14 ) der Transformatoreneinheit (10) jeweils voneinander getrennt und isoliert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der elektrischen Verbraucher eine Mehrzahl von aufladbaren Batterien und/oder Akkumulatoren oder eine Mehrzahl von elektrischen Motoren oder eine Mehrzahl von galvanischen Anlagen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der elektrischen Verbraucher kein halbleiterbasiertes und/oder organisches Leuchtmittel aufweist, insbesondere keine LED aufweist.
PCT/EP2010/006354 2009-10-19 2010-10-19 Vorrichtung zur ansteuerung einer mehrzahl von elektrischen verbrauchern WO2011047818A1 (de)

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