DE3605266C2 - Vorrichtung zum Begrenzen von Stromstößen in einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe, insb. zum Begrenzen des Bogenentladungsstromes - Google Patents

Vorrichtung zum Begrenzen von Stromstößen in einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe, insb. zum Begrenzen des Bogenentladungsstromes

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    • H05B47/25Circuit arrangements for protecting against overcurrent

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Begrenzen von Stromstößen, die in einem Stromkreis mit einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe auftreten können.
Diese Einrichtung dient zum Begrenzen eines Bogenentladungsstroms, der z. B. in der mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe beim Abreißen des Glühfadens auftreten kann oder allgemein zum Begrenzen eines Stromstoßes durch den Glühfaden der Lampe.
Wenn eine Glühlampe mit einem Gleichstrom betrieben wird, um eine flackerfreie Beleuchtung mit großer Helligkeit zu erreichen, tritt bei einem Abreißen des Glühfadens sofort ein Lichtbogen auf, der einen verhältnismäßig hohen Entladungsstrom in der Gasfüllung bewirkt.
Der Lichtbogen tritt fast unter einer Kurzschlußbedingung auf, weil der Widerstand des Stromkreises während der Entladung außerordentlich gering ist. Messungen haben gezeigt, daß der entsprechende Entladungsstrom bis zu 200 Ampere betragen kann, wenn der Glühfaden einer 60-Watt-Glühlampe während des Betreibens mit einer Gleichspannung von 130 Volt abreißt. Der Bogenentladungsstrom zerstört sofort Teile des Schaltkreises.
Die DE-OS 34 21 961 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Einschaltstroms in einem elektrischen Stromkreis, der insbesondere eine Glühlampe enthält, die mit Gleichstrom eines Diodengleichrichters betrieben wird, und die so angeordnet ist, daß ein Wechselstrom nach dem Einschalten des Netzschalters über einen Widerstand an die Last während der Zeitdauer geführt wird, die durch ein Zeitkonstantenglied bestimmt wird, und wobei der Betriebsstrom nach dem Ende dieser Zeitdauer der Last zugeführt wird, wobei der Thyristor den Glühlampen-Widerstand zunächst wirksam werden läßt und ihn dann kurzschließt. Nachteilig bei dieser bekannten Schaltung ist, daß eine Begrenzung des Entladungsstroms bei dem Abriß einer Glühlampenwendel während des Betriebs der Lampe nicht durchgeführt wird, so daß in diesem Fall mit einer Zerstörung der Schaltung zu rechnen ist.
Die DE-AS 11 20 013 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Verringerung des Anlaufstroms von Glühlampen, um den unterschiedlichen Widerständen der Glühlampenwendel beim Übergang vom kalten zum warmen Zustand gerecht zu werden. Dabei wird ein der Last vorgeschalteter Widerstand nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit mittels eines Schaltrelais überbrückt, so daß dann der volle Laststrom an der Last anliegt. Nachteilig ist auch hier, daß kein Mittel zur Begrenzung eines Bogenentladungsstroms vorgesehen ist, so daß beim Reißen einer Glühwendel mit der Zerstörung der Schaltung zu rechnen ist.
Aus Tietze, U., Schenk, Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1976, S. 29- S. 49, sind diverse passive Stabilisierungsschaltungen für Spannungen bekannt.
Der DE-PS 35 43 573 schließlich ist eine Vorrichtung zur Begrenzung des Lichtbogenentladestroms einer Glühlampe zu entnehmen, die den Stromkreis im Falle einer Bogenentladung mittels eines Thyristors unterbricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Begrenzen des Bogenentladungsstroms in einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe anzugeben, wobei diese Strombegrenzung selbsttätig durchgeführt werden soll.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine derartige Vorrichtung zur Begrenzung von Stromstößen in einem Stromkreis mit einer über eine Wechselspannungsquelle nebst Diodengleichrichter mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe weist eine Einschaltbegrenzung auf, die aus einem Glühlampenvorwiderstand und einer diesen nach einer vorgegebenen Zeitspanne überbrückenden Schalteinrichtung besteht, und weist weiterhin zur Begrenzung des Lichtbogen-Entladestroms der Glühlampe einen Widerstand mit kleinem Widerstandswert zwischen einem Wechselstromanschluß des Diodengleichrichters und der Wechselspannungsquelle auf, wobei weiterhin eine Spannungsregeldiode und ein Kondensator parallel zu den beiden Wechselstromanschlüssen geschaltet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 den Verlauf des Stromstoßes, der durch den Glühfaden der Lampe fließt;
Fig. 3 die Kurve des Bogenentladungsstroms, der in der Glühlampe auftreten kann, wenn der Glühfaden reißt; und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den zugehörigen Zeichnungen bezeichnet das Zeichen C einen Kondensator; D eine Diode; L eine Glühlampe; R einen Widerstand; Z eine Spannungsregelungsdiode; AC eine Gleichstromquelle; und SCR einen Thyristor mit einer in Rückwärtsrichtung sperrenden Triode (Triac).
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaltkreis steuert die Wechselstromquelle AC eine Spannungsregelungsdiode Z, einen Kondensator C₁ (der verwendet wird, um Spannungsimpulse aufzunehmen), und einen Diodengleichrichter D über einen Widerstand R₁ mit geringem Widerstandswert an, der dazu dient, den Stromstoß in den Glättungskondensator C₁ zu begrenzen. Die Ausgangsspannung des Diodengleichrichters D wird durch den Kondensator C₂ (mit großer Kapazität) geglättet. Die Spannungsregelungsdiode Z nimmt Überspannungen auf, die in dem Stromversorgungsschaltkreis auftreten können, während der Kondensator C₁ große Spannungsimpulse aufnimmt, um den Diodengleichrichter D zu schützen. Die Spannung, welche an dem Kondensator C₂ liegt, wird auch an die Glühlampe L und den Widerstand R₄ angelegt, der in Serie mit der Glühlampe L geschaltet ist, um den Spannungsstoß durch den Glühfaden der Lampe zu begrenzen.
Da der Widerstand des Glühfadens der Lampe im allgemeinen etwa 10 Ohm beträgt, wenn der Glühfaden der Lampe kalt ist, bewirkt das Anlegen einer Gleichspannung von 130 Volt an den Glühfaden einen Stromstoß von bis zu 13 Ampere, der den Glühfaden zum Abreißen bringen kann. Unter der Annahme, daß der Widerstand R₄ auf 100 Ohm festgelegt wird, ergibt sich ein zusammengesetzter Widerstand von 110 Ohm (=100 Ohm+10 Ohm). Das Anlegen der Gleichspannung von 130 Volt an den zusammengesetzten Widerstand bewirkt das Fließen eines Einschaltstroms in dem Glühfaden von nur 1,2 Ampere. Somit wird der Glühfaden der Lampe aufgeheizt, ohne daß die Gefahr des Abreißens besteht.
Die Spannung an dem Widerstand R₄ steuert gleichzeitig einen Thyristor SCR mit einer in Rückwärtsrichtung sperrenden Triode (Triac), einen Widerstand R₃ und einen Kondensator C₃ an. Der Widerstand R₂ legt entsprechend der Zeitkonstante, die durch den Widerstand R₃ und den Kondensator C₃ bestimmt wird, eine Auslösespannung an die Steuerelektrode des Thyristors SCR mit der in Rückwärtsrichtung sperrenden Triode an. Der angesteuerte Thyristor SCR schließt dann den Widerstand R₄ kurz, und die volle Ausgangsspannung des Kondensators C₂ liegt damit an der Glühlampe L an. Die Glühlampe L wird auf diese Weise mit einem Gleichstrom betrieben.
Der Stromstoß durch den Glühfaden der Lampe hat einen Verlauf, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Wenn der Leistungsschalter S zu einem Zeitpunkt t₀ geschlossen wird, erreicht der Einschaltstrom in dem Glühfaden (ohne R₄) bis zu 13 Ampere, wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, da der Widerstand des kalten Glühfadens verhältnismäßig klein ist. Der Einschaltstrom des Glühfadens kann durch das Einfügen des Widerstands R₄ (100 Ohm) auf einen sicheren Wert von 1,2 Ampere begrenzt werden.
Da der Bogenentladungsstrom in der Glühlampe L ohne Schutzmaßnahme bei einem Abreißen des Glühfadens plötzlich 200 Ampere erreichen könnte, begrenzt das Einsetzen des Widerstands R₁ (2 Ohm) den Entladestrom auf 50 Ampere (=100 Volt/2 Ohm). Somit können ohne Gefahr der Zerstörung allgemein verfügbare Dioden und Thyristoren mit einem zulässigen Spitzenstrom von 50 Ampere verwendet werden.
Weiterhin beendet der Spannungsabfall im Widerstand R₁ selbsttätig den Lichtbogen, um den sich aus dem Lichtbogen ergebenden Entladungsstrom zu begrenzen. Nach dem Beenden des Lichtbogens wird dieser ca. selbst dann nicht wieder erzeugt, wenn der Leistungsschalter geschlossen wird, da der Glühfaden der Lampe hinreichend zerstört ist. Wenn trotzdem ein Lichtbogen wieder auftritt, vergrößert dieser die Funkenstrecke an dem Glühfaden, worauf das Beenden durch den Widerstand R₁ folgt. Somit wird der Lichtbogen innerhalb einer kurzen Zeit beendet.
Da die Einrichtung augenblicklich und selbsttätig auf diese Weise den Bogenentladungsstrom begrenzt, wird verhindert, daß die Teile des Schaltkreises, wie der Thyristor und die Dioden, beschädigt oder zerstört werden.
Der Bogenentladungsstrom ist in Fig. 3 gezeigt: Die gestrichelte Linie zeigt den herkömmlichen Fall und die durchgezogene Linie zeigt den Fall, bei dem eine Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
Die Fig. 4 zeigt einen Schaltkreis zum Schützen der Diodengleichrichter gegen hohe Spannungsimpulse, die in dem Stromversorgungsschaltkreis auftreten können, wobei Kondensatoren C₄, C₅, C₆ und C₇ parallel zu entsprechenden Dioden D₁, D₂, D₃ und D₄ geschaltet sind, um die Spannungsimpulse aufzunehmen.
Wie oben beschrieben wurde, verlängert diese Einrichtung die Lebensdauer der Lampe außerordentlich, da die Einrichtung den Stromstoß, der beim Einschalten des Leistungsschalters auftritt, begrenzt und zusätzlich sehr schnell und selbsttätig den Bogenentladungsstrom begrenzt.
Die beschriebene Einrichtung kann in vorteilhafter Weise in Beleuchtungseinrichtungen verwendet werden, bei denen die Glühlampe mit einem Gleichstrom betrieben wird, um eine Beleuchtung mit großer Helligkeit zu erreichen, z. B. in Beleuchtungsgeräten, wie solchen, die in Fahrzeugen, einem Mikroskop und photographischen Geräten verwendet werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Begrenzung von Stromstößen in einem Stromkreis mit einer über eine Wechselspannungsquelle (AC) nebst Diodengleichrichter (D) mit Gleichstrom betriebene Glühlampe (L),
mit einer Einschaltbegrenzung, die aus einem Glühlampenvorwiderstand (R4) und einer diesen nach einer vorgegebenen Zeitspanne überbrückenden Schalteinrichtung (SCR) besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Begrenzung des Lichtbogen-Entladestroms der Glühlampe (L) ein Widerstand (R₁) mit kleinem Widerstandswert zwischen einen Wechselstromanschluß des Diodengleichrichters (D) und die Wechselspannungsquelle (AC) geschaltet ist und
daß eine Spannungsregeldiode (Z) und ein Kondensator (C₁) parallel zu den beiden Wechselstromanschlüssen geschaltet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Zeitspanne, nach der der Glühlampenvorwiderstand (R₄) überbrückt wird, von einem Schaltkreis (R₃, C₃) bestimmt wird, der mit einer RC-Zeitkonstanten ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (SCR) als ein Thyristor mit einer in Rückwärtsrichtung sperrenden Triode (Triac) ausgebildet ist.
DE3605266A 1985-02-20 1986-02-19 Vorrichtung zum Begrenzen von Stromstößen in einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe, insb. zum Begrenzen des Bogenentladungsstromes Expired - Lifetime DE3605266C2 (de)

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