DE20314200U1 - Intelligenter Universal-Dimmer - Google Patents

Description

se Lightmanagement AG, Spreitenbach, Switzerland

S3201G-DE Deutschland

Intelligenter Universal Dimmer

[001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dimmer, die zum

Ansteuern von verschiedenen Lasten verwendbar sind.

[002] Es gibt sogenannte Universaldimmer, die man so betreiben kann,

dass sie entweder in der Lage sind eine induktive Last oder eine kapazitive Last anzusteuern. Zum Ansteuern induktiver Lasten kommt das Phasenanschnittverfahren zur Anwendung. Beim Phasenanschnitt wird die Last in jeder Halbwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt bezüglich des Netzspannungsnulldurchgangs zugeschaltet und beim Stromnulldurchgang des Laststroms abgeschaltet. Das Prinzip des Phasenanschnittverfahrens ist in den Figuren 1 und 2 gezeigt, wobei es sich bei der Last in Fig. 1 um eine rein ohmsche Last handelt. Die Last in Fig. 2 ist eine induktive Last. Bei Phasenanschnitt an einer ohmschen Last (siehe Fig. 1) wird bei 0° (bzw. 180°) ausgeschaltet und bei einem einstellbaren Winkel (Anschnittwinkel oder Zündwinkel) eingeschaltet. Ein Beispiel mit Zündwinkel 90° ist in Fig. 1 gezeigt. Die mittlere Leistung an der Last ändert sich mit dem Zündwinkel.

[003] In induktiven Lasten kann der Strom sich nicht sprunghaft ändern.

Die Spannung an einer induktiven Last hingegen kann sich sprunghaft ändern. Beim Ausschalten von induktiven Lasten können Überspannungsspitzen entstehen, die man vermeidet indem man die Last beim Nulldurchgang des

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Stromes ausschaltet. Eine induktive Last soll also zu einem bestimmten Winkel innerhalb der Netzspannung ausgeschaltet werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Induktive Lasten werden also mittels Phasenanschnittverfahren angesteuert, da die induktiven Lasten bei einem beliebigen Phasenwinkel eingeschaltet werden dürfen, aber bei Stromnulldurchgang ausgeschaltet werden müssen. Der Spannungsverlauf eines Phasenanschnitts an einer induktiven Last wird bestimmt durch die Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem Strom an der Last. Solange eine Strom durch die Last fliesst, ist die Spannung über der Last ungleich Null. Der entsprechende Spannungsverlauf ist in Fig. 2 gezeigt, wobei der Phasenanschnitt bei 90° erfolgt. Die induktive Last wird dann beim nächsten Stromnulldurchgang ausgeschaltet. Wegen der Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und dem Strom erfolgt der Stromnulldurchgang nach den Netzspannungsnulldurchgang.

[004] Kapazitive Lasten werden hingegen mit dem

Phasenabschnittverfahren angesteuert. Beim Phasenabschnitt wird die Last üblicherweise beim Wechselspannungsnulldurchgang eingeschaltet und zu einem bestimmten Zeitpunkt bezüglich des Netzspannungsnulldurchgangs weggeschaltet. Das Prinzip des Phasenabschnittverfahrens ist in den Figuren 3 und 4 gezeigt, wobei es sich bei der Last in Fig. 3 um eine rein ohmsche Last und bei der Last in Fig. 4 um eine kapazitive Last handelt. Bei Phasenabschnitt an einer ohmschen Last (Fig. 3), wird bei 0° (bzw. 180°) eingeschaltet und bei einem einstellbaren Abschnittwinkel zwischen 0° und 180° (bzw. zwischen 180° und 360°) ausgeschaltet. In Fig. 3 ist ein Beispiel gezeigt wo bei 90° respektive 270° ausgeschaltet wird. Die gestrichelte Kurve deutet dabei den Spannungsverlauf der Netzspannung an. Bei dem gezeigten Beispiel ist die ohmsche Last nur während der Hälfte der Netzperiode unter Spannung. Demzufolge ist die mittlere Leistung an der Last nur halb so gross, wie wenn sie dauernd eingeschaltet wäre. Je kleiner der Abschnittwinkel desto kleiner die mittlere Leitung, die der Last zugeführt wird.

[005] Bei eine kapazitiven Last kann sich die Spannung nicht sprunghaft

ändern, der Strom aber kann einen Sprung zeigen. Will man einen solchen Stromstoss vermeiden, dann muss die Spannung über dem Kondensator

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allmählich von Null Volt hochgefahren werden. Bei kapazitiven Lasten ist der Phasenabschnitt das geeignete Verfahren, wie bereits erwähnt. Die Last wird immer dann eingeschaltet, wenn die Spannung am Kondensator gleich ist wie die Netzspannung (AU=O) und es wird bei einem beliebigen Abschnittwinkel ausgeschaltet. In Fig. 4 ist der Spannungsverlauf an einer kapazitiven Last bei einem Phasenabschnitt von 45° gezeigt. Nach dem Ausschalten der Last bei springt die Spannung nicht unmittelbar auf Null weil der kapazitive Anteil der Last sich nur allmählich auf Null entlädt. Der Stromnulldurchgang geschieht vor dem Netzspannungsnulldurchgang, da der Strom der Spannung vorauseilt.

[006] Bei beiden Verfahren wird die Last synchron zur treibenden

Wechselspannung (im Allgemeinen handelt es sich dabei um die Netzspannung) mit einem bestimmten Tastverhältnis zu- und weggeschaltet. Das Tastverhältnis bestimmt die mittlere elektrische Leistung, die der Last zugeführt wird. Somit kann also die Leistung gedimmt werden. Typischerweise werden Triacs eingesetzt, die durch ein Steuersignal eingeschaltet werden und selbsttätig ausschalten, sobald der Laststrom eine gewisse Grenze unterschreitet. Diese Grenze wird als Haltestrom bezeichnet. Teilweise stellen sich die Universaldimmer selbstständig auf eine bestimmte Lastart ein, nachdem in einem Lernschritt die Art der Last erfasst wurde.

[007] Da Triacs nicht in Dimmern eingesetzt werden können, die sowohl

das Anschnittverfahren wie auch das Abschnittverfahren beherrschen (Universaldimmer), werden in derartigen Dimmern Leistungstransistoren eingesetzt. Da diese Transistoren - anders als die Triacs - nicht selbstständig abschalten, wird zum Beispiel eine Sensorik eingesetzt, um die Last im geeigneten Augenblick abzuschalten.

[008] Konventionelle Dimmer arbeiten netzsynchron, dass heisst es

besteht immer ein fester Bezug zur Phasenlage der Netzwechselspannung.

[009] Gemäss Erfindung wird beim Abschnittverfahren die Last in dem

Augenblick zugeschaltet, wo die Wechselspannung über den Leitungstransistoren Null ist. Für ohmsche Lasten ist dieser Augenblick identisch mit den

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Netzspannungsnulldurchgang. Bei kapazitiven Lasten hingegen kommt die Phasenverschiebung der Kapazität ins Spiel, weswegen der Spannungsnulldurchgang über den Leistungstransistoren etwas früher statt findet als bei der Netzspannung. Dadurch werden gemäss Erfindung Stromimpulse beim Zuschalten der kapazitiven Last verhindert, was EMV Störungen vermeiden hilft.

[0010] Die Erfindung berücksichtigt die Phasenverschiebung zwischen

Strom und Spannung für induktive und kapazitive Lasten automatisch.

[0011] In einer vorzugsweisen Ausführungsform setzt der

erfindungsgemässe Dimmer einen gewünschten Helligkeitspegel automatisch in einen geeigneten Anschnittwinkel oder Abschnittwinkel um, so dass zwischen 0% und 100% des Leistungsbereichs ausgesteuert werden können. Dabei wird sogar die Phasenverschiebung durch induktive oder kapazitive Lastanteile mit einbezogen.

[0012] Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass sich stets automatisch ein

Gleichgewicht auf die Last einstellt. Dabei liegt die Stromflusszeit immer zwischen 0° und 180°.

[0013] Mit einer Vorrichtung gemäss Erfindung kann man jegliche Art von

Lasten dimmen (regeln). Man kann sogar Lasten dimmen (regeln), deren Verhalten nicht bekannt ist, oder deren Lastverhalten sich ändert.

[0014] Die Erfindung ist im Folgenden anhand in den Zeichnungen

dargestellter Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip des Phasenanschnitts bei einer ohmschen Last;

Fig. 2 das Prinzip des Phasenanschnitts bei einer induktiven Last;

Fig. 3 das Prinzip des Phasenabschnitts bei einer ohmschen Last;

Fig. 4 das Prinzip des Phasenabschnitts bei einer kapazitiven Last;

Fig. 5 das Funktionsprinzip der Erfindung bei einer induktiven Last;

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Fig. 6 ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Vorrichtung gemäss

Erfindung;
Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Vorrichtung gemäss

Erfindung;
Fig. 8 ein schematisches Blockdiagramm des Leistungsteils der zweiten

Vorrichtung gemäss Erfindung.

Detaillierte Beschreibung:

[0015] Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen

erläutert.

[0016] Gemäss dem Stand der Technik wurde bisher in Dimmern, wie

eingangs erwähnt, der Zeitpunkt des Zu- oder Wegschaltens (sogenannte Zündwinkel bzw. Löschwinkel) der Last im Wesentlichen fest bezüglich des Netzspannungsnulldurchgangs vorgegeben. In Fig. 5 ist das der Zündwinkel <Pschait· Diese Vorgabe des Zündwinkels cpschait hat das Merkmal einer einfachen Steuerung. Es handelt sich nicht um eine Regelung, da es keine Rückkopplung gibt.

[0017] Gemäss Erfindung wird der Zündwinkel cpschait durch einen echten

Regelkreis bestimmt. Als Regelgrösse dieses Regelkreises dient beim Anschnittverfahren die Stromflusszeit AT_strom und beim Abschnittverfahren die Strompause AT_pause. Dabei stellt die Periode T_periodedes Steuersignals die Stellgrösse des Regelkreises für Leistungstransistoren dar. Wird nämlich T_periode verkleinert oder vergrössert, so verschiebt sich der Zündwinkel gegenüber der Netzspannung in Fig. 5 nach links oder nach rechts. In der Folge vergössert oder verkleinert sich die Stromflusszeit AT_strom· Die Stromflusszeit AT_strom ihrerseits bestimmt direkt die mittlere Leistung, die der Last zugeführt wird. Bei einer Lampe als Last ist das natürlich unmittelbar die Helligkeit der Lampe.

[0018] Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die Phasenlage des

Steuersignals der Leistungstransistoren geregelt, so dass die Stromflusszeit

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ihrem Sollwert entspricht, was die Helligkeit der Lampe (bzw. die mittlere elektrische Leistung der Last) reguliert.

[0019] Eine erste Vorrichtung 10 gemäss Erfindung, die zum Ansteuern

einer Last 11 mit einem Wechselstrom dient, ist in Fig. 6 in Form eines einfachen Blockdiagramms gezeigt. Die Vorrichtung 10 weist einen Netzspannungseingang 12 zum Anlegen einer Wechselspannung und einen Ausgang 13 zum Anhängen der Last 11 auf. Der Vorrichtung 10 umfasst einen Leistungsteil 14 mit einem Wechselspannungssteller 15 mit zwei Leistungstransistoren, die im Bereich des Ausgangs 13 angeordnet sind, um eine vorgebbare mittlere Leistung am Ausgang 13 bereitzustellen. Es ist ein Regelkreis 16 vorgesehen, der zum Abgeben eines Steuersignals s(t) dient und mit dem Steuersignal s(t) die Leistungstransistoren des Leistungsteils 14 schaltet. Gemäss Erfindung wird jeweils nur einer der beiden Leistungstransistoren des Leistungsteils 14 eingeschaltet und die Leistungstransistoren schalten die Last 11 mit einem Tastverhältnis so, dass die gewünschte mittlere Leistung in die Last 11 abgegeben wird.

[0020] Der Regelkreis 16 ist so ausgelegt, dass er automatisch erkennt, ob

es sich bei der Last 11 um eine kapazitive Last oder eine induktive Last handelt. Je nach dem steuern dann die Leistungstransistoren eine kapazitive Last nach dem Phasenabschnittprinzip und eine induktive Last nach dem Phasenanschnittprinzip.

[0021] Als Steuersignal s(t) dient ein rechteckförmiges Signal ist, dass

vorzugsweise ein starres rechteckförmiges Signal ist (d.h. 50:50), wie in Fig. 5 gezeigt. Das Steuersignal s(t) ist durch den Regelkreis 16 in Bezug auf die Phase der Wechselspannung am Netzspannungseingang 12 phasenverschiebbar, indem die Frequenz des Steuersignals s(t) geändert wird.

[0022] Durch den durch den Regelkreis 16 wird die Stromflusszeit AT_strom

und damit die mittlere Leistung beeinflusst, wie im Folgenden erläutert wird.

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[0023] Ein Vorteil dieses neuen und erfinderischen Funktionsprinzips ist in

der folgenden Formel versteckt: AT_strom = cpschait + &phgr;&igr;.· Die Stromflusszeit AT_strom setzt sich zusammen aus dem Zündwinkel cpschaitund der Phasenverschiebung cp_L des Stromes an der Last. Der Regelkreis berücksichtigt gemäss Erfindung automatisch die Phasenverschiebung cp_L. Bei konventionellen Verfahren, die den Zündwinkel (pschait bezüglich des Netzes steuern, ist das nicht der Fall. Dort ergibt sich daraus der Nachteil, dass die Phasenverschiebung cp_L den Aussteuerungsgrad einschränkt. Wenn zum Beispiel die Last ohmsch ist und damit keine Phasenverschiebung aufweist, kann der Zündwinkel zwischen 0° und 180° (für 0 bis 100%) gewählt werden. Ist hingegen z.B. die Phasenverschiebung cp_L = 90°, dann liegt der Aussteuerbereich nunmehr zwischen 90° und 180° (für 0 bis 100%). Um den ganzen Aussteuerbereich optimal nutzen zu können, muss also gemäss Stand der Technik die Phasenverschiebung cp_L entweder im Voraus bekannt sein, bzw. geschätzt werden, oder in einer Kalibrationsphase (Lernphase) ermittelt werden.

[0024] Das erfindungsgemässe Verfahren ist diesem Nachteil nicht

ausgesetzt, da durch die Regelung der Stromflusszeit ÄT_strom der Aussteuerungsgrad unabhängig von der Phasenverschiebung cp_L von 0° bis 180° (für 0 bis 100%) der Leistung eingestellt werden kann. Es sei angemerkt, dass ATstrom und ATpause zwischen 0° bis 180° betragen kann, aber es gilt zu beachten, dass dieser Winkel nicht bezüglich des Netzspannungsnulldurchgangs, sondern bezüglich des Einschaltens (im Fall des Anschnittverfahrens), bzw. bezüglich des Ausschaltens (im Fall des Abschnittverfahrens) gemessen wird. So kann gemäss Erfindung jede induktive Last mit Anschnitt und jede kapazitive Last mit Abschnitt gedimmt werden und zwar bei allen möglichen Phasenverschiebungen (-90° < (p_L < 90°), auch sogar dann, wenn sich der Grad an Induktivität, respektive Kapazität während des Betriebs ändert. Dies ist bisher weder aus dem Stand der Technik bekannt noch durch diesen nahegelegt.

[0025] Die Beziehung der verschiedenen Signale zueinander und die

Definition der folgenden Grossen kann zum Beispiel der Fig. 5 entnommen werden: Stromflusszeit AT_strom; Strompause AT_paUse; Zündwinkel c Phasenverschiebung cp_L; Periode T_periode des Steuersignals.

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[0026] Eine weitere Vorrichtung 20, gemäss Erfindung, ist der Fig. 7 zu

entnehmen. Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der einzelnen Funktionsblöcke der Vorrichtung 20. Über eine digitale Schnittstelle 25 kann der Vorrichtung 20 ein Sollwert 28 übermittelt werden. Ein Regler 29 berechnet anhand des Sollwertes und der momentan am Ausgang 36 gemessenen Stromflusszeit AT_strom (beim Anschnittverfahren), bzw. der Strompausenzeit ÄTpause (beim Abschnittverfahren) einen sogenannten Regelfehler. Diese Messung erfolgt durch den Block 34. Der Regelfehler wird weiterverrechnet zu einem Stellwert f, d.h. einer Korrektur der Frequenz, der einem Frequenzgenerator 32 zugeführt wird.

[0027] Der Frequenzgenerator 32 bildet anhand einer gemessenen

Frequenz die Netzfrequenz F nach. Die Frequenzmessung der Netzfrequenz erfolgt über einen Block 27 zur Detektion des Spannungsnulldurchgangs, einen Block 26 zur Messung der Frequenz, und einem Tiefpassfilter 30. Diese nachgebildete Frequenz F wird um den Betrag der Korrektur f vom Regler 29 verstellt. Somit wird je nach Regelfehler die Frequenz FD vorübergehend erhöht oder erniedrigt. Diese Frequenz FD wird von der Steuersignalaufbereitung 33 zu einem Steuersignal s(t) aufbereitet. Dabei gilt FD = 1/ T_periode· Mit dem Steuersignal s(t) wird einer Leistungsstufe 24 mit zwei Leistungstransistoren (nicht in Fig. 7 gezeigt) angesteuert.

[0028] Die Leistungsstufe 24 schaltet dann gemäss dem Steuersignal s(t)

den Strompfad vom Anschluss 22 (L, Netzphase) zum Anschluss 23 (N Netznullleiter) durch oder nicht. Die Leistungsstufe 24 dient hier als Schalter, welcher geöffnet oder geschlossen wird und so die Leistung regelt, die durch die Last 21 fliesst.

[0029] Insgesamt verhält sich die Vorrichtung 20, wie auch die Vorrichtung

10, wie ein Phase-Locked-Loop (PLL), der die Phase des Steuersignals s(t) &ldquor;einfängt" und festhält. Dies geschieht indem der Regler 29 die Phasenlage des Steuersignals s(t) gegenüber der Phasenlage der Netzspannung zwischen den Anschlüssen 22 und 23 verschiebt, bis die vorgegebene (gewünschte)

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Stromflusszeit AT_strom (beim Anschnittverfahren), bzw. die Strompausenzeit (beim Abschnittverfahren), hergestellt ist.

[0030] Die Vorrichtung 20 umfasst eine optionale Überwachung 31, die

weitere Meldungen einer Sensorik auswertet, die sich im Leistungsteil 24 befindet. Damit kann eine Überwachung auf einen oder mehrere der folgenden Bedingungen erfolgen:
Überstrom,

- Überspannung,

- Übertemperatur.

[0031] Die Überwachung 31, kann, wie in Fig. 7 gezeigt, mit der Steuersignalaufbreitung 33 in Verbindung stehen, um die Leistungstransistoren auszuschalten, falls es zu einer Überlastsituation kommt.

[0032] Bis auf dem Leistungsteil 24 und natürlich die Last 21, können alle Funktionen in Software implementiert werden. Es ist aber auch möglich die Funktionen als Hardware zu realisieren.

[0033] Der Leistungsteil 24 weist zwei Leistungstransistoren Tl und T2 (vorzugsweise MOSFET Transistoren) auf, die als Wechselspannungssteller angeordnet sind, wie in Fig. 8 gezeigt. Der Knoten 43 zwischen den Transistoren Tl und T2 liegt auf einem Potential VSS. Jeder der Transistoren Tl und T2 besitzt entweder eine parasitäre Diode 37 und 38, oder es sind Dioden im Bereich der Transistoren (zum Beispiel falls bipolare Transistoren verendet werden) vorgesehen, die gegengleich angeordnet sind. Je nach Schaltzustand und Spannungszustand fliesst entweder Strom vom Anschluss 22 durch den Transistor Tl und die Diode 38, oder es fliesst Strom durch die Diode 37 und den Transistor T2. Für jeden der beiden Leistungstransistoren Tl und T2 ist je eine Netzwerk 39, 40 vorgesehen, dass verschiedene Bauelemente enthalten kann. Das Netzwerk 39 empfängt ein Steuersignal T1_ON wenn der Transistor Tl durchzuschalten ist und das Netzwerk 40 empfängt ein Steuersignal T2_ON wenn der Transistor T2 durchzuschalten ist. Die Netzwerke 39, 40 können einen oder mehrere der folgenden beispielhaften Bauelemente umfassen: Kondensator (zum

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Beispiel zum Entstören), Varistor als Überspannungsschutz, Widerstände (zum Beispiel als Spannungsteiler), (Zener)Dioden, Dioden (zum Beispiel als Überstromschutz), Transistor (zum Beispiel zur Schnellabschaltung der Transistoren Tl und T2), Komperatoren (zum Beispiel zum Abgreifen von Spannungen). Die Netzwerke 39, 40 sind unter anderem mit einem Potential VDD verbunden.

[0034] Die Transistoren Tl und T2 liegen im Strompfad von L nach LD, wie gezeigt. Sie bilden einen sogenannten Wechselspannungssteller, womit sich eine Wechselspannung schalten lässt. Da die Transistoren Tl und T2 parasitäre Dioden 37 und 38 aufweisen, sind zwei Transistoren Tl und T2, notwendig, die wie gezeigt angeordnet sind, denn eine Diode kann die Wechselspannung an L nur in eine Richtung sperren. Wie in Fig. 5 ersichtlich, werden die Transistoren Tl, T2 im Wechseltakt ein- und ausgeschaltet. Der Laststrom fliesst also durch den eingeschalteten Transistor und durch die Diode des anderen Transistors. Das ist so, als ob nur eine Diode zwischen L und LD vorhanden wäre. Die Erfindung nutzt diesen Punkt aus, denn so wird der Laststrom nur in eine Richtung geführt. Sobald der Wechselstrom aus L die Richtung umkehren will, sperrt die Diode. Es stört also nicht, wenn der leitende Transistor länger eingeschaltet bleibt als der Laststrom fliesst, weil die Diode des anderen Transistors als &ldquor;Stromventil" dient. Dieser Nutzen ist nicht offensichtlich, denn üblicherweise werden bei solchen Wechselspannungsstellern beide Transistoren gemeinsam eingeschaltet, um die Verlustleistung der parasitären Dioden zu minimieren.

[0035] Bildhaft beschrieben sieht es in etwa so aus, als ob nur eine Diode vorhanden ist, die fortlaufend umgepolt würde. Daher kann man auch von einer &ldquor;kommutierenden" Diode sprechen. Der Zeitpunkt, wo die eine Diode den Laststrom sperrt wird als Stromnulldurchgang detektiert (siehe Block 35 in Fig. 7)·

[0036] Während ein Transistor ausgeschaltet ist, lässt sich aus seiner Drain-Source-Spannung der Spannungsnulldurchgang ablesen (siehe Block 27 in Fig. 7), aber auch Überspannungen als Folge von Phasenabschnitt an einer induktiven Last. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das genutzt werden,

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um automatisch auf Anschnitt umzuschalten, respektive um durch Beobachten der Drain-Source-Spannung die Art der momentan angeschlossenen Last erkennen zu können.

[0037] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Spannung über dem eingeschalteten Transistor zur Detektion von Überströmen genutzt werden, damit im Falle eines Kurzschlusses eine Schnellabschaltung der Transistoren Tl, T2 zu deren Schutz vorgenommen werden kann. Das ist möglich, weil die Transistoren Tl, T2 spezifizierte Leitend-Widerstände (Rds,on) haben und damit der Zusammenhang zwischen Überstrom und Spannung bekannt ist.

[0038] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst der Regelkreis einen Frequenzgenerator 32 (siehe Fig. I)₁ der die Netzfrequenz der Wechselspannung am Netzspannungseingang 22 nachbildet, wobei der Frequenzgenerator 32 so ansteuerbar ist, dass je nach Regelfehler f die Frequenz FD des Frequenzgenerators 32 erhöht oder erniedrigt wird. Durch den Tiefpass-Filter 30 (es kann auch ein schmalbandiger Bandpassfilter verwendet werden) können sogenannte Rundsteuersignale, die auf dem Netz vorhanden sind, eliminiert oder unterdrückt werden. Der Tiefpass-Filter 30 garantiert eine präzise, störungsunempfindliche Messung der Netzfrequenz. So kann eine genaue und stabile Nachbildung der Netzfrequenz erzielt werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Schaltungen, die sehr empfindlich gegenüber diesen Rundsteuersignalen sein können.

[0039] Vorzugsweise kann die digitale Schnittstelle so ausgelegt sein, dass sie in der Lage ist verschiedene Protokolle zu verarbeiten. Die digitale Schnittstelle kann in Form einer Steckkarte ausgeführt sein, die je nach Ansteuerbedarf auswechselbar ist.

[0040] In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Kanäle parallel zueinander angeordnet, wobei jeder Kanal einen Regelkreis und einen Leistungsteil aufweisen kann. Durch die spezielle Art der Ausführung, können

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12

mehrere Kanäle ausgangsseitig parallel geschaltet werden, um grössere Leistungen bereitzustellen.

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Claims (10)

1. Vorrichtung (10; 20) zum Ansteuern einer Last (11; 21) mit einem Wechselstrom, mit

- einem Netzspannungseingang (12; 22) zum Anlegen einer Wechselspannung,

- einem Ausgang (13; 36) zum Anhängen der Last (11; 21),

- einem Wechselspannungssteller (15) mit zwei Leistungstransistoren (T1, T2), die im Bereich des Ausgangs angeordnet sind, um eine vorgebbare mittlere Leistung am Ausgang (13; 36) bereitzustellen,

- einem Regelkreis (16; 29, 32, 33, 34, 35) zum Abgeben eines Steuersignals (s(t)) zum Schalten der Leistungstransistoren (T1, T2), wobei jeweils nur einer der beiden Leistungstransistoren (T1, T2) eingeschaltet ist und die Leistungstransistoren (T1, T2) mit einem Tastverhältnis die Last (11; 21) so schalten, dass die mittlere Leistung in die Last (11; 21) abgegeben wird.

2. Vorrichtung (10; 20) nach Anspruch 1, wobei der Regelkreis (16; 29, 32, 33, 34, 35) automatisch erkennt, ob es sich bei der Last (11; 21) um eine kapazitive Last oder eine induktive Last handelt und die Leistungstransistoren (T1, T2) die kapazitive Last nach dem Phasenabschnittprinzip und die induktive Last nach dem Phasenanschnittprinzip ansteuern.

3. Vorrichtung (10; 20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersignal (s(t)) ein rechteckförmiges Signal ist, das durch den Regelkreis (16; 29, 32, 33, 34, 35) in Bezug auf die Phase der Wechselspannung am Netzspannungseingang (12; 22) phasenverschiebbar ist.

4. Vorrichtung (10; 20) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jeder der Leistungstransistoren (T1, T2) eine parasitäre Diode (37, 38) aufweist und die beiden Leistungstransistoren (T1, T2) so angeordnet sind, dass die parasitären Dioden (37, 38) gegengleich gerichtet sind.

5. Vorrichtung (10; 20) nach Anspruch 4, wobei durch den Regelkreis (16; 29, 32, 33, 34, 35) die Stromflusszeit (&Delta;T_strom) und damit die mittlere Leistung beeinflussbar ist.

6. Vorrichtung (20) nach Anspruch 3, wobei durch den Regelkreis (29, 32, 33, 34, 35) ein Regelfehler (f) ermittelt wird und anhand des Regelfehlers (f) die Phasenverschiebung des rechteckförmigen Signals durch Korrektur der Frequenz (FD) des rechteckförmigen Signals (s(t)) angepasst wird.

7. Vorrichtung (20) nach Anspruch 6, wobei der Regelkreis (29, 32, 33, 34, 35) einen Frequenzgenerator (32) umfasst, welcher die Netzfrequenz (F) der Wechselspannung am Netzspannungseingang (12; 22) nachbildet, wobei der Frequenzgenerator (32) so ansteuerbar ist, dass je nach Regelfehler (f) die Frequenz (FD) des Frequenzgenerators (32) erhöht oder erniedrigt wird.

8. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einer digitalen Schnittstelle (25) zum Empfangen der vorgebbare mittlere Leistung als Sollwert (28).

9. Vorrichtung (10; 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal (s(t)) einen Strompfad von einer Netzphase (L) zu einem Netznullleiter (N) durchschaltet.

10. Vorrichtung (10; 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sie Mittel (31) zum Überwachen von Überstrom und/oder Überspannung und/oder Übertemperatur umfasst.