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STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Zusatzleistung einer Gasentladungslampe mit einem Zeitglied.
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Aus der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer
EP 0 602 368 B1 , der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer
DE 40 15 398 A1 und der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer
EP 0 644 709 B1 sind beispielsweise derartige Vorrichtungen zum Steuern der Zusatzleistung einer Gasentladungslampe mit einem Zeitglied bekannt. Die Zeitglieder, die bei diesen Vorrichtungen vorgesehen sind, sind analog ausgestaltet. Es handelt sich dabei um die aus vielen Bereichen bekannten RC-Zeitglieder, gebildet durch einen ohmschen Widerstand und einen Kondensator.
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Die Zusatzleistung, die für das Starten einer Gasentladungslampe benötigt wird, hat ihre Begründung darin, dass Gasentladungslampen schnell nach dem Starten in einen Brennzustand gelangen müssen, in dem eine möglichst gleichmäßige Helligkeit abgestrahlt wird. Da in Abhängigkeit von der Zeit bei einer konstanten Leistung nach dem Zünden die Helligkeit der Gasentladungslampe nicht vom Anfang an nach dem Starten voll zur Verfügung steht, bringt man zum Starten beziehungsweise nach dem Starten der Gasentladungslampe die Zusatzleistung ein. Diese Zusatzleistung sorgt für eine annähernd gleich bleibende Helligkeit unmittelbar nach dem in Abhängigkeit von der Zeit bis auf Null reduziert. Der zeitliche Verlauf der Zusatzleistung wird durch die Zeitglieder gesteuert. Der von den analogen RC-Zeitlgiedern vorgegebene Verlauf hängt dabei vom thermischen Zustand der Gasentladungslampe ab. Die bisher verwendeten RC-Zeitglieder haben nämlich den Nachteil, dass die verwendeten Kondensatoren mitunter stark temperaturabhängige Kennwerte haben. Dieses macht die Verwendung von RC-Zeitgliedern mitunter schwierig.
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Darüber hinaus ist die analoge Ausgestaltung des Zeitgliedes von Nachteil, da dazu analoge Bauelemente verwendet werden müssen, während die Vorrichtung im übrigen im Wesentlichen durch eine einzige digitale Schaltung realisiert werden kann.
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Aus der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer
EP 1 280 388 B2 ist es ferner bekannt, ein RC-Zeitglied durch eine digitale Schaltung nachzubilden, die in eine digitale Steuerschaltung integriert ist. Die vorgestellte digitale Schaltung, nachfolgend auch als digitales Zeitglied bezeichnet, umfasst einen Oszillator und einen Zähler, der dem Oszillator nachgeschaltet ist. Der Zähler arbeitet als Rückwärtszähler.
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Das in der Druckschrift
EP 1 280 388 B2 offenbarte digitale Zeitglied wird nicht dazu verwendet, die Zusatzleistung zu steuern. Das digitale Zeitglied dient lediglich dazu, zu erfassen, ob eine Unterbrechung einer Versorgungsspannung länger dauert als eine vorbestimmte Zeit oder nicht. In Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs entscheidet dann die Steuerschaltung, ob ein Vorheizen der Lampenwendel erfolgt oder nicht. Das entspricht einem Vergleich der Entladespannung mit einem Schwellwert, wobei das Ergebnis des Vergleiches dazu verwendet wird, zu entscheiden, ob ein Vorheizen der Lampenwendel erfolgt oder nicht. Die Entladespannung des Kondensators wird darüber hinaus nicht weiter verwendet.
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Dieses, aus der Druckschrift
EP 1 280 388 B2 bekannte digitale Zeitglied ermöglicht keine Steuerung der Zusatzleistung in Abhängigkeit eines vom digitalen Zeitglied ausgegebenen Signals. Das ist aber die Aufgabe der RC-Zeitglieder bei den aus den Druckschriften
EP 0 602 368 B1 ,
DE 40 15 398 A1 und
EP 0 644 709 B1 bekannten Schaltungen. Das aus der Druckschrift
EP 1 280 388 B2 bekannte digitale Zeitglied kann also nicht ohne weiteres in einer bekannten Vorrichtung zum Steuern der Zusatzleistung einer Gasentladungslampe verwendet werden.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einem Zeitglied vorzuschlagen, welches einfach in eine digitale Schaltung der Vorrichtung integrierbar ist und welches eine einfache Steuerung der Zusatzleitung ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Zeitglied ein digitales Zeitglied ist, welches die Entladefunktion und/oder Ladefunktion eines RC-Zeitgliedes nachbildet. Das erfindungsgemäß verwendete digitale Zeitglied bildet die Funktionen des RC-Zeitgliedes ab, ohne jedoch die Nachteile eines derartigen analogen RC-Zeitgliedes zu übernehmen. Die Schaltung ist somit nicht mehr so stark temperaturabhängig und kann auch weitestgehend als digitale Schaltung zum Beispiel in Form eines ASIC, realisiert werden.
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Gemäß der Erfindung umfasst das Zeitglied einen Oszillator und zumindest einen Zähler. Der Oszillator hat dann einen Ausgang. Mit diesem Ausgang ist ein erster Eingang des Zählers verbunden. Außerdem ist ein den Zählerstand zur Verfügung stellender Ausgang des Zählers zumindest mittelbar zu einem ersten Eingang des Oszillators zurückgeführt. Der Oszillator ist geeignet und eingerichtet, in Abhängigkeit des am ersten Eingang des Oszillators anliegenden Signals die Frequenz eines an dem Ausgang des Oszillator anliegenden Taktsignals einzustellen. Die Frequenz des am Ausgang des Oszillators anliegenden Taktsignals, welches am ersten Eingang des Zählers anliegt, wird somit in Abhängigkeit von dem rückgekoppelten Signal, das am ersten Eingang des Oszillators anliegt, verändert. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Zählers verändert.
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Gemäß der Erfindung kann das Zeitglied einen Digital-Analogwandler zum Umwandeln des digitalen Zählerstands in ein analoges Signal, zum Beispiel ein Spannungssignal, umfassen. Der D/A-Wandler hat dazu einen Eingang über den er mit dem Ausgang des Zählers verbunden ist. Der Ausgang dieses Digital-Analogwandlers kann zum ersten Eingang des Oszillators zurückgeführt sein.
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Sofern der Ausgang des Digital-Analogwandlers zum ersten Eingang des Oszillators zurückgeführt ist, handelt es sich vorzugsweise um einen spannungsgesteuerten Oszillator. Ansonsten kann der Oszillator ein digital gesteuerter Oszillator sein.
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Die Vorrichtung, insbesondere der Oszillator und der Zähler, weisen vorzugsweise einen Eingang auf, der geeignet und eingerichtet ist, vorzugeben, ob die Entladefunktion oder die Ladefunktion des RC-Zeitgliedes nachgebildet werden soll. Dieses hängt davon ab, ob die Gasentladungslampe eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.
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Zum Nachbilden der Ladefunktion zählt der Zähler in dem Takt des von dem Oszillator vorgegebenen Taktsignals vorwärts. Soll dagegen die Entladefunktion des RC-Zeitgliedes nachgebildet werden, zählt der Zähler in dem vom Oszillator vorgegebenen Takt rückwärts.
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Zum Nachbilden der Ladefunktion des RC-Zeitgliedes wird die Frequenz des Oszillators entsprechend der Gleichung f1(R) = fmax – k1·R eingestellt, wobei f1(R) die Frequenz des Taktsignals, R das zum ersten Eingang des Oszillators zurückgeführte Signal und fmax und k1 vorbestimmte Konstanten sind. Zum Nachbilden der Entladefunktion wird dagegen vorzugsweise die Frequenz entsprechend der Gleichung f2(R) = k2·R verwendet, wobei f(R) wiederum die Frequenz des Taktsignals, R das zum ersten Eingang des Oszillators zurückgeführte Signal und k2 eine vorbestimmte frei wählbare Konstante ist.
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Die Konstante k1 kann beispielsweise der Quotient aus der maximalen Frequenz fmax und einem maximalen Eingangssignal Rmax des Oszillators sein.
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ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Steuern der Zusatzleistung einer Gasentladungslampe mit einem Zeitglied und Ausführungsbeispiele für ein solches Zeitglied sind in den Zeichnungen näher dargestellt. Es zeigt
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1 ein ersteres Ausführungsbeispiel für ein Zeitglied,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Zeitglied,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Zeitglied und
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4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern der Zusatzleistung einer Gasentladungslampe mit einem Zeitglied gemäß 3.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Den in den Figuren dargestellten Zeitgliedern ist gemeinsam, dass sie als digitale Zeitglieder ausgeführt sind und einen Oszillator O und einen Zähler Z umfassen. Der Oszillator O weist einen ersten Eingang 1, einen zweiten Eingang 7 und einen Ausgang 2 auf. Auch der Zähler Z weist einen ersten Eingang 3, einen zweiten Eingang 8 und einen Ausgang 4 auf. Der erste Eingang 3 des Zählers Z ist mit dem Ausgang 2 des Oszillators O verbunden. Der erste Eingang 1 des Oszillators ist zumindest mittelbar mit dem Ausgang 4 des Zählers Z verbunden.
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Die zweiten Eingänge 7, 8 des Oszillators O und des Zählers Z sind mit einem Sensor verbunden, der den Status der Gasentladungslampe überwacht, deren Zusatzleistung gesteuert werden soll. Status bedeutet in diesem Falle, dass die Lampe zum einen in einem eingeschalteten Zustand, zum anderen in einem ausgeschalteten Zustand sein kann.
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Die Zähler Z der in den Figuren dargestellten Zeitglieder zählen zum Nachbilden des Ladezustands eines RC-Zeitgliedes vorwärts, während sie für das Nachbilden des Entladevorgangs eines RC-Zeitgliedes rückwärts zählen. Der Zählerstand als Funktion der Zeit bildet dabei die Ladekurve beziehungsweise Entladekurve des RC-Zeitgliedes nach.
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Der Takt, in welchem der Zählerstand des Zählers Z erhöht beziehungsweise erniedrigt wird, wird von dem Oszillator O vorgegeben. Ein sich verlangsamender Takt vorwärts beziehungsweise rückwärts führt zu einer über der Zeit exponentiellen Veränderung des Zählerstandes. Erreicht wird diese langsamer werdende Änderung des Zählerstandes durch die Rückkopplung des Zählerstandes mittelbar oder unmittelbar auf den ersten Eingang 1 des Oszillators O.
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Der Oszillator O erzeugt in Abhängigkeit von dem Status der Entladungslampe und in Abhängigkeit des am ersten Eingang 1 anliegenden vom Ausgang 4 des Zählers Z mittelbar oder unmittelbar rückgekoppelten Signals R, das am Ausgang des Oszillators O anliegende Taktsignal.
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Wird die Gasentladungslampe ausgeschaltet, wechselt der Status der Gasentladungslampe auf aus. Der Zähler wird dadurch zu einem Vorwärtszähler. Das Taktsignal, welches am Ausgang des Oszillators O anliegt, wird dann nach der nachstehenden Gleichung gebildet: f1(R) = fmax – k1·R, wobei f1(R) die Frequenz des Taktsignals, R das zum ersten Eingang 1 des Oszillators O zurückgeführte Signal und fmax und k1 Konstanten sind. Ausgehend von der maximalen Frequenz des Taktsignals fmax wird die Frequenz f1(R) in Abhängigkeit des durch das Vorwärtszahlen größer werdenden rückgekoppelten Signals R vermindert. Dadurch erfolgt das Hochzählen mit Ablauf der Zeit immer langsamer, wodurch der Zählerstand in Abhängigkeit von der Zeit exponentiell abnimmt. Das Hochzählen erfolgt vorteilhaft so lange, bis ein voreingestellter maximaler Zählerstand erreicht ist. Die Ladekurve eines RC-Gliedes ist dadurch nachgebildet.
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Soll dagegen die Entladekurve eines RC-Gliedes nachgebildet werden, arbeitet der Oszillator O im Status „eingeschaltet”, der Zähler Z wird zum Rückwärtszähler. Der Zusammenhang zwischen dem rückgekoppelten Signal R am ersten Eingang 1 des Oszillators O und dem Taktsignal beziehungsweise der Frequenz f2(R) des Taktsignals am Ausgang genügt dann der folgenden Gleichung: f2(R) = k2·R, mit f2(R) als Frequenz des Taktsignals, R als zum ersten Eingang 1 des Oszillators O zurückgeführten Signal und k2 als vorbestimmte Konstante.
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Durch das Rückwärtszählen des Zählers Z nimmt der Zählerstand stetig ab und das rückgekoppelte Signal R wird kleiner. Dadurch nimmt die zum rückgekoppelten Signal R proportionale Frequenz stetig ab, wodurch die Änderung des Zählerstandes immer langsamer erfolgt. Der Zählerstand wird dadurch von der Zeit exponentiell abhängig. Die Kurve des Zählerstandes des Zählers Z über der Zeit entspricht der Entladekurve eines RC-Zeitgliedes. Der Zählvorgang wird vorteilhaft beendet, wenn der Zählerstand den Wert 0 erreicht hat.
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Dieses vorbeschriebene Grundprinzip des digitalen Zeitgliedes ist für alle Ausführungen eines erfindungsgemäßen Zeitgliedes gleich. Die digitalen Zeitglieder können darüber hinaus jedoch unterschiedlich ausgestaltet sein.
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Das erste in der 1 dargestellte digitale Zeitglied umfasst neben dem Zähler Z und dem Oszillator O einen Digital-Analogwandler W, der das am Ausgang 4 des Zählers Z anliegende Signal R in ein analoges Signal entsprechend dem Zählerstand umwandelt. Dieses ist am Ausgang 6 des Digital-Analogwandlers W abgreifbar und als rückgekoppeltes Signal R zum ersten Eingang des Oszillators O geführt. Bei dem Oszillator O handelt es sich in diesem Fall um einen spannungsgesteuerten Oszillator O, der durch die Ausgangsspannung des Digital-Analogwandlers W gesteuert wird. Die an dem Digital-Analogwandler anstehende Spannung fliesst in die Steuergröße zum Steuern der Zusatzleistung der Gasentladungslampe ein.
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Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel für ein digitales Zeitglied unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass nicht der Ausgang 6 des Digital-Analogwandlers W zum ersten Eingang 1 des Oszillators O zurückgeführt ist, sondern der (digitale) Ausgang 4 des Zählers Z. Dementsprechend ist der erste Eingang 1 ein digitaler Eingang und der Oszillator O ein digitaler Oszillator. Der Oszillator O ist digital angesteuert und kein spannungsgesteuerter Oszillator O wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel, wie es in der 3 dargestellt ist, entfällt hingegen auch der Digital-Analogwandler W. Das am Ausgang 4 des Zählers anstehende digitale Signal für den Zählerstand fließt unmittelbar in die weitere zum Steuern der Zusatzleistung einer Gasentladungslampe ein. Ein Beispiel dafür ist in 4 dargestellt.
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Durch das Zeitglied wird ein Sollsignal PSZ für die Zusatzleistung der Gasentladungslampe vorgegeben. Dieses Sollsignal PSZ für die Zusatzleistung wird zu der Soll-Leistung PSS für den stationären Betrieb der Gasentladungsleistung addiert. In einem Komparator K wird die so ermittelte Soll-Leistung PSS der Gasentladungslampe mit der Ist-Leistung Pi der Gasentladungslampe verglichen. Die Ist-Leistung Pi der Gasentladungslampe wird über einen Stromsensor SI und einen Spannungssensor SU ermittelt. Die aus den Sensoren SI, SU ermittelten Strom- beziehungsweise Spannungswerte IS, US werden Analog-Digital-Wandlern WI, WU zugeführt. Die digitalen Ausgangsgrößen dieser Analog-Digital-Wandler werden miteinander multipliziert und ergeben die Ist-Leistung der Gasentladungslampe.
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Diese Ist-Leistung Pi wird mit der Soll-Leistung in dem Komparator K vergleichen und in Abhängigkeit des Ergebnisses dieses Vergleichs wird über eine Verstärkerschaltung das analoge Steuersignal SS zur Steuerung der Leistung für die Gasentladungslampe vorgegeben.
