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EP0496246B1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe Download PDF

Info

Publication number
EP0496246B1
EP0496246B1 EP92100456A EP92100456A EP0496246B1 EP 0496246 B1 EP0496246 B1 EP 0496246B1 EP 92100456 A EP92100456 A EP 92100456A EP 92100456 A EP92100456 A EP 92100456A EP 0496246 B1 EP0496246 B1 EP 0496246B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
lamp
operational amplifier
discharge lamp
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP92100456A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0496246A1 (de
Inventor
Franz Bernitz
Frank Hansmann
Andreas Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0496246A1 publication Critical patent/EP0496246A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0496246B1 publication Critical patent/EP0496246B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881—Load circuits; Control thereof
    • H05B41/2882—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating a discharge lamp according to the preamble of patent claim 1 or 2.
  • Such a circuit arrangement is disclosed, for example, in EP 0 228 123.
  • This circuit arrangement has a circuit unit for detecting the changes in the instantaneous lamp power, the input signal of this circuit unit being additively composed of a current drop relative to the instantaneous lamp current and a voltage drop proportional to the instantaneous lamp operating voltage.
  • the circuit unit compares the input signal with a predetermined reference signal and generates an output signal that is used to control the switching power supply that supplies the discharge lamp, so that the discharge lamp is operated with approximately constant power.
  • the input signal is generated with the aid of a voltage divider arranged in parallel with the discharge lamp and by means of a current measuring resistor through which the lamp flows, and is evaluated using a plurality of operational amplifiers, which are likewise part of the circuit unit.
  • This circuit arrangement has the disadvantage that it allows the lamp to be regulated only in the immediate vicinity of the operating point of the above-mentioned circuit unit. Since the lamp lamp voltage usually increases in the course of the lamp aging process, no reliable power control over the lamp life is guaranteed with this circuit arrangement. Furthermore, it is comparatively complex.
  • the published patent application EP 0 350 104 describes a power control of a high-pressure discharge lamp with the aid of transformers, which generate voltage components proportional to the lamp current and the lamp operating voltage and which use the accumulated voltage components to control the inverter.
  • This circuit arrangement is also comparatively complex.
  • EP 0 445 882 discloses a circuit arrangement for operating a high-pressure sodium discharge lamp. To keep the color temperature constant To ensure the lamp, it is important to regulate the lamp voltage to a constant level. On the other hand, the circuit arrangement should prevent the lamp from extinguishing in the event of abrupt changes in the lamp current which occasionally occur. For this reason, it is proposed in the aforementioned publication to use a signal to control the switched-mode power supply which operates the high-pressure sodium discharge lamp and which is additively composed of a proportion proportional to the lamp operating voltage and a possibly small proportion proportional to the lamp current.
  • the circuit arrangement according to the invention has the decisive advantage that the voltage is automatically reduced proportionally in the case of short-circuit operation and the current in the case of excessively high voltage.
  • the working range of the circuit arrangement according to the invention in which the lamp power is almost constant is expanded by using a second operational amplifier, which is connected as a comparator and effects an operating point switchover as a function of the lamp operating voltage.
  • a second operational amplifier which is connected as a comparator and effects an operating point switchover as a function of the lamp operating voltage.
  • differences in the lamp operating voltage which are caused by production or caused by the aging process of the discharge lamps, can be compensated for.
  • this circuit arrangement makes it possible to limit the deviation of the electrical power at the discharge lamp from the target value to approximately ⁇ 1%.
  • this first embodiment has a relatively high stability to temperature fluctuations.
  • the working range of the circuit arrangement according to the invention is expanded by using a Zener diode which is arranged in parallel with the first voltage divider, so that manufacturing or age-related variations in the lamp operating voltage can also be compensated for here.
  • Another very important advantage of the second embodiment is that the object of the invention is achieved with very little circuitry and cost.
  • the deviation of the electrical power of the discharge lamp from its target value in the working range of this exemplary embodiment is only about ⁇ 2%.
  • the Circuit arrangement has a DC voltage source U Batt , a switched-mode power supply SNT, an inverter WR, an ignition device ZG, a discharge lamp L, a control circuit ST and a circuit part ADD for detecting the lamp power.
  • the circuit part ADD translates the instantaneous lamp power into a voltage signal, compares it with a reference signal and gives the differential signal to an input of the control circuit ST, which clocks the switching power supply SNT in such a way that the discharge lamp L, which is connected to the output of the switching power supply SNT, with almost constant electrical power consumption is operated.
  • a battery or an AC voltage source with a downstream rectifier can serve as the DC voltage source U Batt .
  • the inverter WR is not required for DC discharge lamps.
  • Figure 2 shows the structure of the circuit part ADD according to a first embodiment. Also shown are the output capacitor CA of the switched-mode power supply SNT and a high-pressure discharge lamp L with a power consumption of 75 watts and an operating voltage of approximately 85 volts.
  • a first voltage divider R2 ', R3' is connected in parallel with the output capacitor CA and in parallel with the discharge lamp L and consists of the ohmic resistors R2 'and R3', which have a resistance of 120 k ⁇ or 300 ⁇ .
  • Another ohmic resistor R1 'with a resistance value of 0.22 ⁇ , which is called current measuring resistor here, is connected to the output capacitor CA via a branch point A', which is at ground potential, and via a branch point B 'to the discharge lamp L and the ohmic resistor R2 'of the first voltage divider R2', R3 'connected.
  • the first voltage divider R2 ', R3' has a tap C 'between the resistors R2' and R3 ', which has a low-pass filter R2', C1 ', which consists of the resistor R2' and the capacitor C1 'with a capacitance of 100 nF , is connected to the non-inverting input of a first operational amplifier IC2-A '.
  • a first reference voltage U1 ' is applied to the inverting input of the first operational amplifier IC2-A' via a 15 k ⁇ resistor R4 '.
  • the output of the first operational amplifier IC2-A ' is fed back via an RC element R5', C2 ', which has a resistance of 56 k ⁇ and a capacitance of 22nF, to the inverting input of the first operational amplifier IC2-A'.
  • a second voltage divider R6, R7 which consists of two ohmic resistors R6 and R7, is connected in parallel with the discharge lamp and in parallel with the output capacitor CA.
  • a tap D of the second voltage divider R6, R7 is connected to the non-inverting input of a second operational amplifier IC2-B.
  • a second reference voltage U2 is present at the inverting input of the second operational amplifier IC2-B.
  • the output of the second operational amplifier IC2-B is connected to the control electrode of a first transistor switch T1 via an ohmic resistor R8.
  • the first transistor switch T1 is connected, on the one hand, to a pole of the first reference voltage source U1 'and, on the other hand, is connected to the other pole of the first reference voltage source, ie to ground potential, via a voltage divider R9, R10, which consists of the ohmic resistors R9, R10.
  • the tap E of this voltage divider R9, R10 is led via the ohmic resistor R4 'to the inverting input of the first operational amplifier IC2-A'.
  • Another ohmic resistor R11 is connected in parallel with transistor switch T1 and resistor R9, but in series with resistor R10, and is connected via a branch point F to resistor R4 'and the inverting input of the first operational amplifier IC2-A'. Values for the resistors used can be found in Table I.
  • An ohmic resistor R12 and a second transistor switch are connected in parallel with the resistor R2 'of the first voltage divider R2', R3 '.
  • the control electrode of this second transistor switch T2 is controlled via an ohmic resistor R13 from the output of the second operational amplifier IC2-B.
  • the non-inverting input of the second operational amplifier IC2-B is fed back via an ohmic resistor R14 to the output of the second operational amplifier IC2-B.
  • a branching point G which leads to the non-inverting input of the first operational amplifier IC2-A '.
  • the first operational amplifier IC2-A ' therefore carries out a target / actual comparison and works as a so-called PI controller.
  • the control circuit ST which clocks the switching power supply SNT, receives the amplified difference signal from the output of the first operational amplifier IC2-A '.
  • the total voltage U p or the difference signal can be used to regulate the lamp power.
  • the operating point of the circuit part ADD is set to the desired value with the aid of the resistor R2 'and the first reference voltage U1'.
  • the expansion of the circuit part ADD by a further operational amplifier IC2-B enables an operating point switchover depending on the lamp operating voltage.
  • the transistors T1 and T2 block and the circuit part ADD works exactly as stated above. However, if the voltage drop across the resistor R6 of the second voltage divider reaches a critical value, then the two transistors T1 and T2 are closed by the output signal of the second operational amplifier IC2-B. Thereby, the resistor R11, the resistor R9 and the resistor R2 ', the resistor R12 are connected in parallel.
  • the resulting change in the distribution of the voltage drops across the resistors R9, R10, R11 changes the reference signal at the inverting input of the first operational amplifier IC2-A 'and, together with the voltage drop across the resistor R2' changed by the parallel resistor R12, causes an operating point switchover the circuit arrangement.
  • the switchover point is defined by the resistors R6 and R7 connected in parallel with the discharge lamp L and by the second reference voltage U2 at the inverting input of the second operational amplifier IC2-B.
  • FIG. 3 shows the circuit part ADD according to a second embodiment together with the output capacitor CA of the switched-mode power supply SNT and with a 170 W high-pressure discharge lamp L.
  • a voltage divider R2 ", R3", R3 “' is connected in parallel with the output capacitor CA and in parallel with the discharge lamp L and consists of the ohmic resistors R2", R3 ", R3”' consists.
  • a series circuit comprising a temperature-compensated Zener diode DZ with an ohmic resistor R15 is connected in parallel with the resistors R2 "and R3" of the voltage divider. This defines further branch points A "and D".
  • the branch point A is at ground potential and is connected to the output capacitor CA, the zener diode DZ and, via an ohmic resistor R1", to a branch point B ", which in turn has connections to the discharge lamp L and to the resistor R2".
  • the tapping point C "of the voltage divider R2", R3 " is connected via a capacitor C1" connected in parallel to the non-inverting input of an operational amplifier IC2-A ".
  • the ohmic resistor R2" and the capacitor C1 form an RC low-pass filter that high-frequency interference signals suppressed.
  • the inverting input of the operational amplifier IC2-A is connected via an ohmic resistor R4" to a pole U1 ". Of a reference voltage source.
  • Table II contains numerical values for the components used for the operation of a 170 W high-pressure discharge lamp.
  • Table 2 R1 '': 0.11 ⁇ R2 '': 2.7 k ⁇ R3 '': 390 k ⁇ R3 ''': 510 k ⁇ R4 '': 15 k ⁇ R5 '': 56 k ⁇ R15: 680 k ⁇ C1 '': 100 nF C2 '': 22 nF DR: ZTK 33
  • the amplified differential signal reaches the control circuit ST, which clocks the switching power supply SNT.
  • the total voltage Up ′′ corresponds to the lamp power.
  • the total voltage Up ′′ can therefore be used to regulate the output of the discharge lamp.
  • the Zener diode DZ becomes conductive and switches the resistor R15 in parallel with the resistors R2 ′′ and R3 ′′.
  • the potential at the branch point C '' and thus the signal at the non-inverting input of the Operational amplifier IC2-A '' manipulated in such a way that it is still possible to regulate the lamp L to constant power even with a higher lamp operating voltage.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2.
  • Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der EP 0 228 123 offenbart. Diese Schaltungsanordnung besitzt eine Schaltungseinheit zur Erfassung der Änderungen der momentanen Lampenleistung, wobei sich das Eingangssignal dieser Schaltungseinheit additiv aus einem zum momentanen Lampen strom und aus einem zur momentanen Lampenbrennspannung proportionalen Spannungsabfall zusammensetzt. Die Schaltungseinheit vergleicht das Eingangssignal mit einem vorgegebenen Referenzsignal und erzeugt ein Ausgangssignal, das zur Steuerung des die Entladungslampe versorgenden Schaltnetzteiles verwendet wird, so daß die Entladungslampe mit annähernd konstanter Leistung betrieben wird. Das Eingangssignal wird mit Hilfe eines parallel zur Entladungslampe angeordneten Spannungsteilers und mittels eines vom Lampen strom durchflossenen Strommeßwiderstandes erzeugt und unter Verwendung mehrerer Operationsverstärker, die ebenfalls Bestandteil der Schaltungseinheit sind, ausgewertet. Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß sie eine Leistungsregelung der Lampe nur in unmittelbarer Umgebung des Arbeitspunktes der obengenannten Schaltungseinheit erlaubt. Da sich im Verlaufe des Lampenalterungsprozeßes die Lampenbrennspannung üblicherweise erhöht, ist mit dieser Schaltungsanordnung keine zuverlässige Leistungsregelung über die Lampenlebensdauer gewährleistet. Ferner ist sie vergleichsweise aufwendig.
  • Die Offenlegungsschrift EP 0 350 104 beschreibt eine Leistungsregelung einer Hochdruckentladungslampe mit Hilfe von Transformatoren, die zum Lampenstrom und zur Lampenbrennspannung proportionale Spannungskomponenten erzeugen und die aufsummierten Spannungskomponenten zur Ansteuerung des Inverters ausnutzen. Auch diese Schaltungsanordnung ist vergleichsweise aufwendig.
  • Die EP 0 445 882 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe. Um eine gleichbleibende Farbtemperatur der Lampe zu gewährleisten, ist es wichtig, die Lampenbrennspannung auf ein konstantes Niveau zu regeln. Andererseits soll die Schaltungsanordnung bei gelegentlich auftretenden abrupten Änderungen des Lampen stromes ein Verlöschen der Lampe verhindern. Aus diesem Grund wird in der vorgenannten Druckschrift vorgeschlagen, ein Signal zur Ansteuerung des die Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe betreibenden Schaltnetzteils zu verwenden, das sich additiv aus einem zur Lampenbrennspannung proportionalen Anteil und einem möglicht kleinen, zum Lampen strom proportionalen Anteil zusammensetzt.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine relativ einfache und mit geringen Herstellungskosten verbundene Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe bereitzustellen, die es ermöglicht die Entladungslampe mit konstanter elektrischer Leistung zu versorgen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der finden sich in den Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt den entscheidenden Vorteil, daß bei Kurzschlußbetrieb automatisch die Spannung und bei zu hoher Spannung automatisch der Strom überproportional zurückgeregelt werden.
  • Der Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, in dem die Lampenleistung nahezu konstant ist, wird durch Verwendung eines zweiten Operationsverstärkers, der als Komparator verschaltet ist und eine Arbeitspunktumschaltung in Abhängigkeit der Lampenbrennspannung bewirkt, erweitert. Außerdem können Unterschiede in der Lampenbrennspannung, die herstellungsbedingt oder durch den Alterungsprozeß der Entladungslampen verursacht sind, aufgefangen werden. Ferner ermöglicht diese Schaltungsanordnung die Abweichung der elektrischen Leistung an der Entladungslampe vom Sollwert auf ungefähr ±1% zu begrenzen. Weiterhin besitzt dieses erste Ausführungsbeispiel eine relativ hohe Stabiltät gegenüber Temperaturschwankungen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Verwendung einer Zenerdiode, die parallel zum ersten Spannungsteiler angeordnet ist, der Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erweitert, so daß hier ebenfalls herstellungs- oder alterungsbedingte Streuungen der Lampenbrennspannung ausgeglichen werden können. Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil des zweiten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die Aufgabe der Erfindung mit einem sehr geringen Schaltungs- und Kostenaufwand gelöst wird. Dabei beträgt die Abweichung der elektrischen Leistung der Entladungslampe von ihrem Sollwert im Arbeitsbereich dieses Ausführungsbeispiels nur etwa ± 2 %.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    ein Blockschaltbild der gesamten Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe
    Figur 2
    den Aufbau des Schaltungsteils ADD nach einem ersten Ausführungsbeispiel
    Figur 3
    den Aufbau des Schaltungsteils ADD nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
  • In Figur 1 ist mit Hilfe eines Blockschaltbildes die gesamte Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe schematisch dargestellt. Die Schaltungsanordnung weist eine Gleichspannungsquelle UBatt, ein Schaltnetzteil SNT, einen Wechselrichter WR, ein Zündgerät ZG, eine Entladungslampe L, eine Steuerschaltung ST und einen Schaltungsteil ADD zur Erfassung der Lampenleistung auf.
  • Der Schaltungsteil ADD übersetzt die momentane Lampenleistung in ein Spannungssignal, vergleicht dieses mit einem Referenzsignal und gibt das Differentsignal auf einen Eingang der Steuerschaltung ST, die das Schaltnetzteil SNT so taktet, daß die Entladungslampe L, die am Ausgang des Schaltnetzteiles SNT angeschlossen ist, mit nahezu konstanter elektrischer Leistungsaufnahme betrieben wird. Als Gleichspannungquelle UBatt kann eine Batterie oder eine Wechselspannungsquelle mit nachgeschaltetem Gleichrichter dienen. Der Wechselrichter WR entfällt bei Gleichstromentladungslampen.
  • Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe beschrieben, die sich nur im Aufbau des Schaltungsteils ADD unterscheiden.
  • Die Figur 2 zeigt den Aufbau des Schaltungsteils ADD nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Dargestellt sind außerdem auch der Ausgangskondensator CA des Schaltnetzteils SNT und eine Hochdruckentladungslampe L mit einer Leistungsaufnahme von 75 Watt und einer Brennspannung von ca. 85 Volt.
  • Parallel zum Ausgangskondensator CA und parallel zur Entladungslampe L ist ein erster Spannungsteiler R2', R3' geschaltet, der aus den ohmschen Widerständen R2' und R3' besteht, die einen Widerstand von 120 kΩ bzw. 300Ω aufweisen. Ein weiterer ohmscher Widerstand R1' mit einem Widerstandswert von 0,22Ω, der hier Strommeßwiderstand genannt wird, ist über einen Verzweigungspunkt A', der auf Erdpotential liegt, mit dem Ausgangskondensator CA und über einen Verzweigungspunkt B' mit der Entladungslampe L und dem ohmschen Widerstand R2' des ersten Spannungsteilers R2', R3' verbunden.
  • Der erste Spannungsteiler R2', R3' besitzt zwischen den Widerständen R2' und R3' einen Abgriff C', der über ein Tiefpaßfilter R2', C1', das aus dem Widerstand R2' und dem Kondensator C1' mit einer Kapazität von 100 nF besteht, an den nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers IC2-A' angeschlossen ist. An den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' ist über einen 15 kΩ-Widerstand R4' eine erste Referenzspannung U1' angelegt. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' ist über ein RC-Glied R5', C2', das einen Widerstand von 56 kΩ und eine Kapazität von 22nF besitzt, zum invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' rückgekoppelt.
    Parallel zur Entladungslampe und parallel zum Ausgangskondensator CA ist ein zweiter Spannungsteiler R6, R7, der aus zwei ohmschen Widerständen R6 und R7 besteht, geschaltet. Ein Abgriff D des zweiten Spannungsteilers R6, R7 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers IC2-B verbunden. Am invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers IC2-B liegt eine zweite Referenzspannung U2 an. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers IC2-B ist über einen ohmschen Widerstand R8 an die Steuerelektrode eines ersten Transistorschalters T1 angeschlossen. Der erste Transistorschalter T1 ist einerseits mit einem Pol der ersten Referenzspannungsquelle U1' verbunden und andererseits über einen Spannungsteiler R9, R10, der aus den ohmschen Widerständen R9, R10 besteht, mit dem anderen Pol der ersten Referenzspannungsquelle, d.h., dem Erdpotential verbunden. Der Abgriff E dieses Spannungsteilers R9, R10 ist über den ohmschen Widerstand R4' an den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' geführt. Parallel zum Transistorschalter T1 und zum Widerstand R9, aber in Reihe zum Widerstand R10 ist eine weiterer ohmscher Widerstand R11 geschaltet, der über einen Verzweigungspunkt F mit dem Widertsand R4' und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' verbunden ist. Werte für die verwendeten Widerstände können der Tabelle I entnommen werden.
  • Parallel zum Widerstand R2' des ersten Spannungsteilers R2', R3' sind ein ohmscher Widerstand R12 und ein zweiter Transistorschalter geschaltet. Die Steuerelektrode dieses zweiten Transistorschalters T2 wird über einen ohmschen Widerstand R13 vom Ausgang des zweiten Operationsverstärkers IC2-B angesteuert. Der nichtinvertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers IC2-B ist über einen ohmschen Widerstand R14 zum Ausgang des zweiten Operationsverstärkers IC2-B rückgekoppelt. Zwischen dem Abgriff C' des ersten Spannungsteilers R2', R3' und dem ohmschen Widerstand R12 befindet sich ein Verzweigungspunkt G, der zum nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' geführt ist.
  • Der Strommeßwiderstand R1' wird wegen des relativ hohen Widerstandswertes von R3' nahezu vom gesamten Lampenstrom durchflossen und erzeugt daher einen zum Lampenstrom proportionalen Spannungsabfall. Der ohmsche Widerstand R2' des ersten Spannungsteilers R2', R3' bewirkt einen zur Lampenbrennspannung proportionalen Spannungsabfall. Da der Verzweigungspunkt A' auf Erdpotential liegt, addieren sich die Spannungsabfälle über den Widerständen R1' und R2' zu einer Gesamtspannung Up, die über den Abgriff C' am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC2-A' anliegt. Die Gesamtspannung Up wird mit einer ersten Referenzspannung U1' verglichen, die am invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' anliegt. Der erste Operationsverstärkers IC2-A' führt also einen Soll-Ist-Vergleich durch und arbeitet als sogenannter PI-Regler. Vom Ausgang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' erhält die Steuerschaltung ST, die das Schaltnetzteil SNT taktet, das verstärkte Differenzsignal. Im Arbeitspunkt des Schaltungsteils ADD kann die Gesamtspannung Up bzw. das Differenzsignal zur Regelung der Lampenleistung benutzt werden. Der Arbeitspunkt des Schaltungsteils ADD wird mit Hilfe des Widerstandes R2' und der ersten Referenzspannung U1' auf den gewünschten Wert eingestellt.
    Die Erweiterung des Schaltungsteils ADD um einen weiteren Operationsverstärkers IC2-B ermöglicht eine Arbeitspunktumschaltung in Abhängigkeit der Lampenbrennspannung. Bei geringem Spannungsabfall über dem Widerstand R6 sperren die Transistoren T1 und T2 und der Schaltungsteil ADD arbeitet exakt so wie oben ausgeführt. Erreicht allerdings der Spannungsabfall am Widerstand R6 des zweiten Spannungsteilers einen kritischen Wert, so werden die beiden Transistoren T1 und T2 vom Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers IC2-B geschlossen. Dadurch werden dem Widerstand R11 der Widerstand R9 und dem Widerstand R2' der Widerstand R12 parallel geschaltet. Die daraus resultierende geänderte Aufteilung der Spannungsabfälle an den Widerständen R9, R10, R11 verändert das Referenzsignal am invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers IC2-A' und bewirkt zusammen mit dem durch den Parallelwiderstand R12 veränderten Spannungsabfall am Widertstand R2' eine Arbeitspunktumschaltung der Schaltungsanordnung. Der Umschaltpunkt wird durch die zur Entladungslampe L parallel geschalteten Widerstände R6 und R7 sowie durch die zweite Referenzspannung U2 am invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers IC2-B definiert. Tabelle 1
    R1' : 0,22 Ω
    R2' : 300 Ω
    R3' : 120 kΩ
    R4' : 15 kΩ
    R5' : 56 kΩ
    R6 : 1,5 kΩ
    R7 : 300 kΩ
    R8 : 47 kΩ
    R9 : 86 kΩ
    R10 : 1 kΩ
    R11 : 18 kΩ
    R12 : 100 kΩ
    R13 : 47 kΩ
    R14 : 1 MΩ
    T1 : BC 327-25
    T2 : BC 337-25
    C1' : 100 nF
    C2' : 22 nF
    IC2-A' : LM 358
    IC2-B : LM 358
  • Die Figur 3 zeigt den Schaltungsteil ADD nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Ausgangskondensator CA des Schaltnetzteils SNT und mit einer 170 W - Hochdruckentladungslampe L. Parallel zum Ausgangskondensator CA und parallel zur Entladungslampe L ist ein Spannungsteiler R2", R3", R3"' geschaltet, der aus den ohmschen Widerständen R2", R3", R3"' besteht. Eine Reihenschaltung aus einer temperaturkompensierten Zenerdiode DZ mit einem ohmschen Widerstand R15 ist parallel zu den Widerständen R2" und R3" des Spannungsteilers geschaltet. Dadurch werden weitere Verzweigungspunkte A" und D" definiert. Der Verzweigungspunkt A" liegt auf Erdpotential und ist mit dem Ausgangskondensator CA, der Zenerdiode DZ und über einen ohmschen Widerstand R1" mit einem Verzweigungspunkt B" verbunden, der seinerseits Verbindungen zur Entladungslampe L und zum Widerstand R2" aufweist. Der Abgriffspunkt C" des Spannungsteilers R2", R3" ist über einen parallelgeschalteten Kondensator C1" mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers IC2-A" verbunden. Dabei bilden der ohmsche Widerstand R2" und der Kondensator C1" ein RC-Tiefpaßfilter, daß hochfrequente Störsignale unterdrückt.
    Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers IC2-A" ist über einen ohmschen Widerstand R4" an einen Pol U1". einer Referenzspannungsquelle angeschlossen. Außerdem sind der Ausgang und der invertierende Eingang des Operationsverstärkers IC2-A" mittels eines RC-Gliedes, das aus dem ohmschen Widerstand R5" und dem Kondensator C2" besteht, rückgekoppelt. Tabelle II enthält Zahlenwerte für die verwendeten Bauelemente für den Betrieb einer 170 W - Hochdruckentladungslampe. Tabelle 2
    R1'' : 0,11 Ω
    R2'' : 2,7 kΩ
    R3'' : 390 kΩ
    R3''' : 510 kΩ
    R4'' : 15 kΩ
    R5'' : 56 kΩ
    R15 : 680 kΩ
    C1'' : 100 nF
    C2'' : 22 nF
    DZ : ZTK 33 C
    IC2-A'' : LM 358
  • Das Funktionsprinzip dieser Schaltungsanordnung stimmt wieder im wesentlichen mit dem des ersten Ausführungsbeispiels überein. Der ohmsche Widerstand R1'' wird, da die Widerstände R3'', R3''' relativ groß sind, nahezu vom gesamten Lampenstrom durchflossen und erzeugt daher einen zum Lampenstrom proportionalen Spannungsabfall. Der ohmsche Widerstand R2'' erzeugt einen Spannungsabfall, der proportional zur Lampenbrennspannung ist. Da der Verzweigungspunkt A'' auf Erdpotential liegt, addieren sich die Spannungsabfälle an Widerständen R1'' und R2'' am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers zu einer Gesamtspannung Up'', die mit der Referenzspannung U1'' am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC2-A'' verglichen wird. Vom Ausgang des Operationsverstärkers IC2-A'' gelangt das verstärkte Differenzsignal zur Steuerschaltung ST, die das Schaltnetzteil SNT taktet. Im Arbeitspunkt der Schaltung, der durch die Wahl des Widerstandes R2'' und der Referenzspannung U1'' festgelegt wird, entspricht die Gesamtspannung Up'' der Lampenleistung. Die Gesamtspannung Up'' kann daher zur Leistungsregelung der Entladungslampe verwendet werden.
  • Beim Überschreiten der Durchbruchsspannung wird die Zenerdiode DZ leitend und schaltet den Widerstand R15 parallel zu den Widerständen R2'' und R3'' . Dadurch wird das Potential im Verzweigungspunkt C'' und damit das Signal am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC2-A'' derart manipuliert, daß eine Regelung der Lampe L auf konstante Leistung auch zu höherer Lampenbrennspannung hin noch möglich ist.

Claims (3)

  1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe (L) bestehend aus
    - einem Schaltnetzteil (SNT) zum Umwandeln einer in definierten Grenzen festgelegten Gleichspannung in eine variable Gleichspannung mit großem Arbeitsbereich
    - einer Steuerschaltung (ST) zum Takten des Schaltnetzteils (SNT),
    - eventuell einem Wechselrichter (WR) zum Erzeugen einer Wechselspannung,
    - einem Zündgerät (ZG) zum Zünden der Entladungslampe (L),
    - einem Schaltungsteil (ADD) zur Erfassung der Änderung der momentanen Lampen leistung, der ein Eingangssignal, das sich additiv aus einem zum Lampenstrom proportionalen Spannungsabfall und aus einem zur momentanen Lampenbrennspannung proportionalen Spannungsabfall zusammensetzt, mit einem Referenzsignal vergleicht und daraus an seinem Ausgang ein Eingangssignal für die Steuerschaltung (ST) generiert,
    - das Schaltungsteil (ADD) einen parallel zur Entladungslampe (L) geschalteten ersten Spannungsteiler (R2', R3') und einen Strommeßwiderstand (R1'), der als Sensor für Änderungen des Lampen stromes dient, sowie mindestens einen Operationsverstärker (IC2-A') enthält,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsteil (ADD) einen zweiten, parallel zur Entladungslampe (L) geschalteten Spannungsteiler (R6, R7) und einen zweiten, als Komparator verschalteten Operationsverstärker (IC2-B), der eine Arbeitspunktumschaltung des Schaltungsteils (ADD) in Abhängigkeit von der momentanen Lampenbrennspannung bewirkt, besitzt.
  2. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe (L) bestehend aus
    - einem Schaltnetzteil (SNT) zum Umwandeln einer in definierten Grenzen festgelegten Gleichspannung in eine variable Gleichspannung mit großem Arbeitsbereich
    - einer Steuerschaltung (ST) zum Takten des Schaltnetzteils (SNT),
    - eventuell einem Wechselrichter (WR) zum Erzeugen einer Wechselspannung,
    - einem Zündgerät (ZG) zum Zünden der Entladungslampe (L),
    - einem Schaltungsteil (ADD) zur Erfassung der Änderung der momentanen Lampenleistung, der ein Eingangssignal, das sich additiv aus einem zum Lampen strom proportionalen Spannungsabfall und aus einem zur momentanen Lampenbrennspannung proportionalen Spannungsabfall zusammensetzt, mit einem Referenzsignal vergleicht und daraus an seinem Ausgang ein Eingangssignal für die Steuerschaltung (ST) generiert,
    - das Schaltungsteil (ADD) einen parallel zur Entladungslampe (L) geschalteten Spannungsteiler (R2", R3") und einen Strommeßwiderstand (R1"), der als Sensor für Änderungen des Lampen stromes dient, sowie mindestens einen Operationsverstärker (IC2-A") enthält,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsteil (ADD) eine aus einem passiven Halbleiterschalter (DZ) und einem Widerstand (R15) bestehende Serienschaltung besitzt, die parallel zum ersten Spannungsteiler (R2", R3") angeordnet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärker (IC2-B) zwei aktive Halbleiterschalter (T1, T2) steuer, wobei einer dieser aktiven Halbleiterschalter (T2) parallel zu einem ohmschen Widerstand (R2') des ersten Spannungsteilers (R2', R3') geschaltet ist und der andere aktive Halbleiterschalter (T1) mit dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (IC2-A') vernetzt ist und wobei der nichtinvertierende Eingang des zweiten Operationsverszärkers (ICB-2) mit dem zweiten Spannungsteiler (R6, R7) verbunden ist.
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