Die
vorliegende Erfindung hat sich nunmehr zur Aufgabe gemacht, eine
digitale Leuchtmittelleistungsregelung flexibler auszugestalten.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise weiter.
Gemäss einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung der Leistung
eines Leuchtmittels, insbesondere einer Gasentladungslampe vorgesehen.
Dabei werden
- – ein die Lampenleistung wiedergebender
Parameter sowie wenigstens ein weiterer den Zustand des Leuchtmittels
wiedergebender Parameter zurückgeführt,
- – der
die Lampenleistung wiedergebende Parameter und/oder der wenigstens
eine weitere Parameter einer Schwellenwert-Diskriminierung unterzogen, und
- – abhängig von
dem Ergebnis der Schwellenwert-Diskriminierung
auf den Leistungsparameter oder den weiteren Parameter als Istwert
geregelt.
Für den Fall
der Regelung auf den Leistungsparameter kann die Regelung andere
dynamische Eigenschaften aufweisen als für den Fall der Regelung auf
den weiteren Parameter.
Der
wenigstens eine weitere Parameter kann die Impedanz des Leuchtmittels
wiedergeben.
Es
kann auf die Lampenimpedanz geregelt werden, wenn diese einen vorgegebenen
Schwellenwert übersteigt,
und sonst auf den die Lampenleistung wiedergebenden Parameter geregelt wird.
Ein
Steuerwert für
die Leuchtmittel-Leistung kann digital anhand eines Sollwerts und
des Istwerts ermittelt werden.
Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Computersoftware-Programmprodukt,
das ein digitales Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche unterstützt, wenn
es auf einer Recheneinrichtung läuft.
Die
Erfindung bezieht sich auf eine digitale Schaltung, die zur Verwendung
als Digitalregler in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche
konfiguriert ist.
Schliesslich
betrifft die Erfindung auch eine digitale Regelschaltung für die Leistung
eines Leuchtmittels, aufweisend:
- – einen
Ausgang für
einen die Leistung des Leuchtmittels angebenden Steuerwert,
- – einen
ersten Eingang für
die Rückführung eines die
Leistung des Leuchtmittels wiedergebenden Parameters,
- – wenigstens
einen weiteren Eingang für
einen weiteren einen Zustand des Leuchtmittels wiedergebenden Parameters,
und
- – eine
Diskriminierungs- und Schalteinrichtung die mit dem ersten oder
dem zweiten Eingang verbunden ist und dazu ausgelegt ist, den aktuellen Wert
der an dem Eingang anliegenden Parameters einer Schwellenwert-Diskriminierung
zu unterziehen und das Regelsystem abhängig von dem Ergebnis der Diskriminierung
auf eine Regelung auf den Leistungsparameter bzw. eine Regelung
auf den weiteren Parameter zu schalten.
Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
sollen nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren der in der Anlage beigefügten Zeichnungen
sowie anhand eines Ausführungsbeispiels
für die
vorliegende Erfindung näher erläutert werden.
1 zeigt
dabei eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen digitalen
Leuchtmittelleistungsregelung,
2 zeigt
eine detaillierter Ansicht von 1 hinsichtlich
des in dem Digitalregler 1 implementierten Algorithmus
sowie der in dem Systemspeicher 6 abgelegten Koeffizienten,
und
3 zeigt
die unterschiedlichen verwendeten Koeffizienten für verschiedene
anliegende Dimmwerte.
In 1 ist
schematisch eine digitale Schaltung 1 zur Regelung der
Leistung eines angeschlossenen Leuchtmittels dargestellt. Diese
digitale Schaltung 1 ist Teil eines Betriebsgeräts für die Leuchtmittel.
Im weiteren wird die Erfindung Bezug nehmend auf ein elektronisches
Vorschaltgerät
als Beispiel für ein
Betriebsgerät
sowie auf eine Gasentladungslampe als Beispiel für ein Leuchtmittel erläutert. Indessen lässt sich
die Erfindung auch auf andere dimmbare Betriebsgeräte und Leuchtmittel
anwenden
Die
digitale Schaltung 1 erzeugt als Steuersignal Ansteuersignale
für die
beiden elektronischen Schalter (FETs) eines Wechselrichters 14,
durch den eine angelegte Versorgungs-Gleichspannung Vz (Zwischenkreisspannung)
in eine Wechselspannung mit einstellbarer Frequenz umgesetzt werden
kann, die am Mittenpunkt des Wechselrichters 14 abgegriffen
wird. An diesen Mittenpunkt des Wechselrichters 14 sind
in bekannter Weise ein RC-Kreis mit einer Induktivität 13 und
einer Kapazität 18 vorgesehen,
zu dem ein Koppelkondensator 16 mit der Lampe 17 parallel
geschaltet ist. Symbolisch ist in 1 dargestellt,
dass sich die Lampe 17 elektrisch als Widerstand mit variabler
Impedanz wiedergeben läßt.
Verschiedene
Parameter der Lampe 17 lassen sich zu der digitalen Regelschaltung 1 zurückführen. Als
Beispiele sind gezeigt, ein Signal SIMP,
das direkt oder indirekt die Lampenimpedanz wiedergibt. Mit Spow ist ein die Lampenleistung wiedergebendes Signal
gekennzeichnet. Die Lampenleistung kann beispielsweise durch die
Lampenspannung, den Lampenstrom oder aber auch die Lichtleistung
(beispielsweise über
Fotodetektoren erfasst) wiedergeben. Die der digitalen Regelschaltung 1 zugeführten Rückführsignale
SIMP, Spow stellen
also Istwerte des Lampenbetriebs dar und werden durch AD-Konverter 19, 20 digitalisiert.
Der digitalisierte Istwert des die Lampenleistung wiedergebenden
Signals Spow wird mit einer ersten Referenzspannung
Vref1 verglichen. Diese Referenzspannung
stellt einen internen Sollwert dar. Wie in 1 durch
eine Strichlinierung dargestellt kann dieser Sollwert aber insbesondere
von einem extern zugeführten
Dimmwert abhängen.
Auf jeden Fall stellt das Ergebnis des Vergleichs Istwert/Sollwert
den Regelfehler e(k) dar, der einem ersten Digitalregler 4 zugeführt wird.
In
dem Regler 4 ist ein Regelalgorithmus implementiert, der
abhängig
von dem zugeführten
Eingangssignal ein Steuersignal 8 erzeugt, mittels dem bei
entsprechender Stellung eines elektronischen Schalters 10 (FET,
etc.) ein Wechselrichtertreiber 12 angesteuert wird, so
dass das Ausgangssignal (Steuersignal y(k)) des Reglers 4 die
Arbeitsfrequenz des Wechselrichters 14 angibt und die Arbeitsfrequenz des
Wechselrichters 14 wiederum aufgrund der bekannten Resonanzkurve
einer Gasentladungslampe 17 die Lampenleistung angibt.
Der
Steuerzweig unter Verwendung eines Wechselrichters 14,
bei dem die Steuergröße also die
Frequenz der Schalter des Wechselrichters 14 ist, stellt
nur ein Beispiel dar. Für
Gasentladungslampen aber insbesondere auch für andere Leuchtmittel (Leuchtdioden,
etc.) sind andere Steuergrößen, wie beispielsweise
Leuchtmittelstrom etc. bekannt, die jederzeit in Verbindung mit
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Die
Digitalschaltung 1 weist einen Systemcontroller 2 auf,
der ein als Firmware abgelegtes Programm abarbeitet. Der Systemcontroller 2 ist
dabei mit einem Systemspeicher 6 verbunden und wird durch
einen Systemtaktgeber (system clock) 7 getaktet.
Der
Systemcontroller 2 ist mit einer Schnittstelle 3 verbunden,
der Dimmsignale von außen,
beispielsweise von einer Busleitung her zuführbar sind. Die externen Dimmsignale
können
dabei analog und/oder digital sein, auf jeden Fall übermittelt
die Schnittstelle 3 dem Systemcontroller 2 Digitalwerte, die
die anliegenden Dimmsignale wiedergeben.
Der
Systemcontroller 2 ist bspw. Firmware derart konfiguriert,
dass er Eigenschaften des Reglers 4 abhängig von den von der Schnittstelle 3 zugeführten Digitalwerten,
die also die externen Dimmsignale wiedergeben, einstellt.
In
dem Systemspeicher 6 können
dazu Eigenschaften des Reglers 4 bestimmten Dimmwerten zugeordnet
werden, so dass der Systemcontroller 2 die bei Anliegen
eines bestimmten Dimmwerts notwendigen Eigenschaften aus dem Systemspeicher 6 auslesen
kann und den Regler 4 entsprechend einstellen kann.
Zusammengefasst
weist also der Regler 4 Eigenschaften auf, die auf dem
Systemkontroller 2 abhängig
von extern zugeführten
Dimmsignalen eingestellt werden können.
Wie
in 1 ersichtlich, kann für ein weiteres Rückführsignal
als Istgröße, beispielsweise
die Lampenimpedanz SIMP ein zweiter Regler 5 vorgesehen
sein. Diesem Regler 5 werden von dem AC-Konverter 19 digitalisierte
Werte zugeführt,
die also ein Signal wiedergeben, das direkt oder indirekt die aktuelle Lampenimpedanz
SIMP wiedergibt. Vergleichbar zu dem Regler 4 erzeugt
auch der Regler 5 gemäß dem in
ihm gerade implementierten Regelalgorithmus ein Steuersignal 9 abhängig von
einem Vergleich der Ist-Impedanz mit einem Sollwert für die Impedanz,
der in Form einer Spannung VREF2 wiedergegeben
ist.
Durch
eine Schaltersteuerung 11 wird der elektronische Schalter 10 angesteuert
und somit ausgewählt,
ob das Steuersignal 8 von dem ersten Digitalregler 4 oder
das Steuersignal 9 von dem zweiten Regler 5 als
tatsächliches
Eingangssignal für
den Wechselrichtertreiber 12 zur Anwendung kommen soll.
Die
Schaltersteuerung 11 kann dabei den elektronischen Schalter 10 abhängig von
dem aktuellen Wert des die Lampenimpedanz wiedergebenden digitalisierten
Signals SIMP einstellen. Dazu ist die Schaltersteuerung 11 mit
einer Schwellenwert-Diskriminierungsfunktion bzgl. des anliegenden
Signals ausgestattet.
Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass die Schaltersteuerung 11 nur
dann den Schalter 10 zur Verwendung des zweiten Reglers 5 ansteuert, wenn
das aktuell anliegende, die Lampenimpedanz wiedergebende Signal
SIMP über
einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Wenn also das die Lampenimpedanz
direkt oder indirekt wiedergebende Signal SIMP (in
digitaler Form) über
einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, erfolgt eine Regelung unter
Verwendung der Lampenimpedanz SIMP als Rückführgröße, während andernfalls,
d.h. wenn die Lampenimpedanz unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt,
auf das die Lampenleistung wiedergebende Signal Spow als
Rückführgröße und Istwert
geregelt wird.
Im übrigen kann
vorgesehen sein, dass die Eigenschaften des zweiten Reglers 5 durch
den Systemkontroller 2 in vergleichbarer Weise zu dem ersten
Regler 4 abhängig
von anliegenden Dimmwerten einstellbar sind.
In 2 ist
schematisch dargestellt, dass in dem Systemspeicher 6 Koeffizienten
für den
Regelalgorithmus abgelegt sind. Der Regler 4 und ggf. auch der
Regler 5 erzeugen ein Ausgangssignal y(k) abhängig von
einem Eingangssignal e(k) und ggf. auch dem Wert des Eingangssignals
nicht nur zu dem gerade vorliegenden Zeitschritt K, sondern auch
vorhergehenden Zeitschritten k-1, k-2, ...
Das
Steuersignal y(k) kann also berechnet werden unter Verwendung einer
Linearkombination bestehend aus sogenannten Regelkoeffizienten a11, a21,
... der zum aktuellen Zeitschritt K vorliegenden Regeldifferenz
e(k) sowie einer Reihe von Regeldifferenzen für vorhergehende Zeitschritte
e(k – 1),
e(k – 2),
...
Mathematisch
läßt sich
die Linearkombination also beispielsweise wie folgt darstellen: y(k) = a1·e(k) +
a2·e(k – 1) + ...
an·e(k – n – 1)
+
b1·y(k)
+ b2·y(k – 1) + ...bm·y(k – m – 1)
- a und b
- sind dabei Reglerkoeffizienten.
- k
- ist der aktuelle Zeitschritt
(Takt).
- m
- ist die maximale Anzahl
der berücksichtigten
in der Vergangenheit liegenden Werte.
Das
dynamische Verhalten der sogenannten Regelstrecke, d.h. das Leuchtmittel
zusammen mit dem Ausgangskreis der vorgeschalteten Elektronik (beispielsweise
Vorschaltgerät)
bestimmt üblicherweise
die Wahl geeigneter Regelkoeffizienten. Diese werden also so gewählt, dass
der geschlossene Regelkreis schnell, aber auch stabil auf Änderungen
am Eingang oder auf Störgrößen reagiert.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Eigenschaften der digitalen Implementierung
des Regelalgorithmus abhängig
von dem aktuell eingestellten Dimmwert eingestellt, was wie bereits
oben ausgeführt
beispielsweise durch den Systemcontroller 1 unter Verwendung
der Koeffizienten aus dem Systemspeicher 6 erfolgen kann.
Alternativ
oder zusätzlich
können
die Eigenschaften des Reglers auch abhängig vom aktuellen Betriebszustand
der im Betrieb befindlichen Leuchtmittel eingestellt werden. Im
Falle der Verwendung einer gezündeten
Gasentladungslampe können
diese verschiedenen Betriebszustände
bspw. sein:
- – Kurz nach dem Zünden,
- – Eingebrannt,
d.h. stabilisierter Betrieb
- – etc.
Ein
Vorteil der digitalen Implementierung des Regelkreises besteht darin,
dass diese Regelkoeffizienten a11, a21 etc. verhältnismäßig einfach durch Steuersignale
von dem Systemcontroller 1 verändert werden können. Bei
einem vergleichbaren analogen System wäre dazu eine Umschaltung zwischen
verschiedenen Hardware-Elementen notwendig, was aufwendig und kostenintensiv
ist und zudem die Genauigkeit des Systems beeinträchtigt.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei bestimmten Randbedingungen,
beispielsweise beim Betrieb des Leuchtmittels bei tiefen Temperaturen
und verhältnismäßig geringen
Dimmwerten, die Regeleigenschaften derart geändert werden, dass die Art
der gewählten Rückführgröße als Istwert
verändert
wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eben dann nicht mehr
das die Lampenleistung wiedergebende Signal Spow,
sondern eine andere Meßgröße, wie
beispielsweise die Impedanz der Lampe SIMP als
Rückführgröße verwendet
wird, um einen stabilen Betrieb der Lampe zu gewährleisten. Zusätzlich oder
alternativ zu dieser Umschaltung bzgl. der Rückführgröße können gleichzeitig auch die
Werte und die Anzahl der Regelkoeffizienten geändert werden. Dazu ist wie
gesagt die Umschaltung auf einen zweiten Regler 5 ggf. vorteilhaft.
Die
digitale Regelschaltung 1 kann in Hardware, Software, als
programmierbare Logik oder eine beliebige Kombination davon ausgeführt werden.