Ansteuerung von 12V Halogenlampen (Downlights)

Für volle Helligkeit können sie wahlweise mit (ca.) 12 VDC oder 12 VAC RMS betrieben werden.

Die Verwendung von halbwellengleichgerichtetem Wechselstrom wird sie mit etwas weniger als der halben Leistung betreiben, aber sie können flackern und haben eine niedrigere Farbtemperatur. Ich habe sie noch nie mit Halbwellen-Wechselstrom betrieben gesehen. Wenn dies für eine Anwendung funktioniert und einen bestimmten Zweck erfüllt, ist das in Ordnung - aber ich hätte erwartet, dass es weniger als zufriedenstellend ist.

Das Obige liegt bei 50 oder 60 Hz. Bei Betrieb mit 1/2-Wellen-Wechselstrom bei Schaltnetzteilfrequenzen erhalten Sie eine reduzierte Leistung, aber kein Flimmern. Viele kommerzielle "Vorschaltgeräte" sind sehr einfache Hochfrequenzoszillatoren mit wenigen Windungen, die die Glühbirne antreiben. Dies sind keine Halbwelleneinspeisungen , ABER der Ausgang reduziert sich normalerweise an den Netznulldurchgängen auf Null. Sie erhalten vollwellenmodulierte Wellenzüge bei 10 kHz. Die Spannung dieser zusammengesetzten Wellenform wird auf etwa 12 V RMS eingestellt.

Nur so etwas - gibt die allgemeine Vorstellung. Spitzenwerte bei 120 Hz in einem 60-Hz-System.
(Kann das Diagramm später verbessern.)

Anmerkungen:

• Ich habe erwähnt, dass Halbwellen-Wechselstrom "etwas weniger als die halbe Leistung" erzeugt, da das Filament Zeit hat, sich zwischen den Halbzyklen etwas abzukühlen. Ein kühleres Filament hat einen deutlich höheren Widerstand, zieht also weniger Strom und erzeugt nicht die Hälfte der vollen Leistung in einem halben Zyklus. Wie viel weniger als die Hälfte hängt von den thermischen Zeitkonstanten und der Lampenumgebung ab, die „etwas“ variieren können.

• Eine mit Halbwellen-Wechselstrom betriebene Glühbirne hat eine "andere" Lebensdauer. Eine niedrigere Spannung führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer. Die größere Temperaturwechselbeanspruchung wird möglicherweise die Lebensdauer verkürzen. Die beiden Effekte werden konkurrieren. Ich würde erwarten, dass die Gesamtlebensdauer länger ist.

• Ich sage "ungefähr" 12 VDC, da eine "12-V" -Glühlampe möglicherweise als 13,6-V-Glühlampe konzipiert wurde, wenn sie für Automobilzwecke bestimmt ist. Kleine Änderungen in der Spannung machen einen signifikanten Unterschied in der Lebensdauer. Mehr dazu gleich bei Interesse.

Filamentzeitkonstanten:

Die thermische Zeitkonstante des Lampenfadens (~ = Abkühl- oder Erwärmungsrate) ist relevant, wenn der Faden die Temperatur während Ausschaltperioden in einer geschalteten Wechselstromwellenform ändert oder wenn er den Wechselstromschwankungen folgt.

Die meisten Dokumente, in denen die thermischen Zeitkonstanten von Filamenten erwähnt werden, sagen einfach, dass sie im Vergleich zu den Zykluszeiten des Wechselstromnetzes lang sind. In der Regel werden keine Referenzen oder Absolutwerte angeboten. Dieses Dokument "Flicker Metrology" (Helsinki University of Technology, 2006) bietet einige Einblicke.

• Die vorgeschlagenen Zeitkonstanten sind viel niedriger, als man von normalen Kommentaren zu diesem Thema erwarten kann.

• Die thermische Zeitkonstante ist ungefähr umgekehrt proportional zur Lampennennspannung. Das heißt, eine abnehmende Lampennennspannung erhöht die Zeitkonstante. Dies ist eine Folge der Verdickung der Filamente mit abnehmender Spannung und zunehmendem Strom, um die gleiche Leistung aufrechtzuerhalten - zB bei 230-V- und 120-V-Lampen gleicher Nennleistung hat die 230-V-Lampe etwa die halbe thermische Zeitkonstante.

• Bei 120 V, thermische Zeitkonstante ~ = (0,5 x Watt) - 3 Millisekunden.

• Die Anwendung ihrer umgekehrten Beziehung von Nennspannung und Zeitkonstante (möglicherweise gefährlich) ergibt

          Thermal time constant = Tth ~~= (0.5 x Watts -3 ) x 120/Vrated  milliseconds
  

  Es ist nicht sicher, wie gut dies für Spannungen funktioniert, die sich von 120 V unterscheiden, aber es trotzdem an eine 12-V-Glühlampe anlegt.

Leistung = 25 Watt. Nennspannung = 12 V.

• Tthermal = (0,5 × 25 –3 ) × 120/12 = 95 ms

In ähnlicher Weise würden Sie etwa 40 mS für eine 10-Watt-Glühbirne und 190 mS für eine 50-Watt-Glühbirne erhalten.

Bei Verwendung von für Netzspannung ausgelegten Halogenlampen sind die Zeitkonstanten bei 110 VAC etwa 10-mal niedriger und bei 230 VAC 20-mal niedriger !!!

Beachten Sie, dass selbst bei einer Zeitkonstante von 95 ms eine gewisse Filamentkühlung in der 8,3-ms-Aus-Periode bei halbwellengleichgerichtetem Wechselstrom zu erwarten wäre, aber sie wäre sehr gering.

Interessanterweise gibt dieser nützliche Anwendungshinweis von Micrel Driving Halogenlampen Informationen sowohl zu Antriebs- als auch zu Blitzaspekten und erörtert Langlebigkeitsfaktoren, die durch Glühfadenkühlung während des Blitzens verursacht werden. Ihre Anmerkungen zu Abbildung 1 bezüglich der Einschaltstromzeiten implizieren eine Heizzeitkonstante von deutlich unter 10 mA. Dies ist viel kürzer als die Ausschaltzeitkonstante, da das Einschalten durch die angelegte elektrische Energie beeinflusst wird, während das Ausschalten sich nur auf die im Heizfaden gespeicherte Wärmeenergie bezieht.